Устройство для разделения твердых материалов
Изобретение относится к устройству для разделения твердых материалов и может применяться для промывки стекла, в частности битого стекла или стеклянного боя, а также для отделения битого стекла и стеклянного боя от мусора и продуктов разложения, которые часто связаны со стеклянными отходами и могут быть найдены в бытовых и промышленных отходах. Кроме того, может применяться для разделения и промывки органического материала, в частности волокнистого органического материала, от твердых частиц, грязи или других загрязнителей для получения исходного материала для промышленных биологических процессов, включая производство биотоплива, но не ограничиваясь им. Устройство для разделения твердых материалов содержит канал приема жидкости и материалов, подлежащих разделению, с перемешивающей поверхностью, средства направления потоков текучей среды на подлежащие разделению материалы, обеспечивающие возможность проталкивания материалов по перемешивающей поверхности и по направлению к ней посредством потоков текучей среды для отделения упомянутых материалов. Устройство выполнено так, что во время работы более тяжелый материал проталкивается вдоль нижней части упомянутого канала под действием потоков текучей среды к выходу и более легкий материал, отделенный от более тяжелого материала, поднимается к поверхности жидкости. Перемешивающая поверхность содержит множество конструкций, каждая из которых проходит через по меньшей мере часть ширины канала и содержит восходящую поверхность и нисходящую поверхность, причем по меньшей мере часть восходящей поверхности имеет более крутой наклон относительно основания канала, чем нисходящая поверхность. Устройство применяется для разделения твердых материалов, в котором более тяжелый материал является скоплением материала, таким как стеклянный бой, а более легкий материал является мусором, или более тяжелый материал является загрязняющей примесью, а более легкий материал является биотопливом, или более тяжелый материал является загрязняющей примесью, а более легкий материал является исходным материалом для биотоплива. Технический результат – повышение эффективности разделения твердых материалов. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 12 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к устройству для разделения твердых материалов. Варианты осуществления настоящего изобретения могут применяться для промывки загрязненного скопления материала, например стекольного боя, для отделения мусора от стекольного боя или другого скопления. В частности, но не исключительно, настоящее изобретение относится к устройству для промывки стекла, в частности, битого стекла или стеклянного боя, а также для отделения битого стекла и стеклянного боя от мусора и продуктов разложения, которые часто связаны со стеклянными отходами и могут быть найдены в бытовых и промышленных отходах. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу разделения и промывки органического материала, в частности, волокнистого органического материала, от твердых частиц, грязи или других загрязнителей для получения исходного материала для промышленных биологических процессов, включая производство биотоплива, но не ограничиваясь им.
Предпосылки к созданию изобретения
Отходы стекла обычно собирают в центрах переработки, получая упомянутые отходы от компаний по сбору мусора и из уличных мусорных баков. Большая часть отходов стекла образована контейнерами для пищевых продуктов и напитков, и зачастую отходы стекла загрязнены остатками пищевых продуктов и прочих материалов, такими как упаковки, этикетки, колпачки и крышки, которые могут быть пластмассовыми, пробковыми и металлическими.
Отходы собирают, как правило, в большие контейнеры, иногда расположенные под поверхностью земли, при этом возможна сортировка стекла по различным цветам. Другие формы сбора отходов применяются в центрах переработки или включают в себя складывание бутылок и банок домовладельцами/потребителями в контейнер, представляющий собой уличный бак или контейнер для сбора мусора.
Альтернативными системами сбора являются накопители под проходами с лотками или небольшими сборными емкостями, выполненными с возможностью их сбора на прицепы-платформы или грузовые автомобили. Однако общим для всех этих способов сбора стекла является то, что стекло часто разбивается вследствие удара и под весом стекла, вследствие чего происходит уплотнение осколков стекла.
В присутствии остатков содержимого упомянутых контейнеров, например пищевых продуктов, скопление уплотненного стекла, биоматериалов (например, остатков пищи), бумаги и прочих частей контейнеров (таких как крышки и упаковки) превращается в относительно плотный и прочный блок из отходов.
Уровень техники
В патенте US-B-8146841 (Glass Processing Solutions LLC) раскрыта система очистки частиц стекла, полученных из отходов смешанного стекла и подобных отходов. Процесс эксплуатации этой системы включает в себя серию операций по измельчению, разделение по размеру и разделение по материалу.
Эксплуатация этой системы также включает в себя этапы озонирования, сушки, сортировки по размеру, и этапы удаления бумаги/бумажной пыли. Описанная система имеет сложную конструкцию и в определенной степени рассчитана на подачу относительно чистого сырья, а не сильно загрязненных отходов.
В заявке на патент GB-A-563754 (Ridley) раскрыта система для отделения твердых гранулированных материалов, таких как уголь или минеральные руды. Твердые частицы оседают на подвижной поверхности, расположенной под плавающим мусором на глубине, достаточной для осуществления разделения. Упомянутая подвижная поверхность вследствие своего наклона вверх обеспечивает подъем твердых частиц.
Описание неакцептованной заявки на патент DE-A-3717839 (Andritz) относится к системе для отделения легких материалов, в частности, пластиков, от предварительно отсортированных фракций мусора. Смесь подвергают гравитационной сепарации в резервуаре с тяжелой средой, и более легкий материал удаляют при его всплытии вследствие воздействия струй жидкости на смесь. Над упомянутым резервуаром расположено множество струйных сопел таким образом, что струи жидкости могут распыляться на расположенную ниже смесь.
В патентном документе US 4844106 (Hunter) раскрывается устройство для очистки осколков мусора, предназначенного для повторного использования. Устройство содержит резервуар с промывной текучей средой и частично погруженный в нее движущийся конвейер. В сите выполнено выпускное отверстие, расположенное над погруженным участком конвейера так, что осколки проходят вдоль сита к конвейеру, в то время как некоторый мусор и загрязняющий материал падают через сито в резервуар на удалении от конвейера. Осколки промывают и транспортируют через группу распылительных форсунок, опрыскивающих осколки в направлении, противоположном движению конвейера.
В опубликованной китайской заявке на патент 2013-А-2013/57110 (China Bluestar) раскрыто устройство для отделения ртути от осколков стекла, содержащихся в отходах в виде фрагментов флуоресцентных трубок, в котором спиральный конвейер состоит из корпуса и встроенного в него вращающегося спирального элемента. Передняя нижняя часть корпуса вмещает в себя конвейер, образующий загрузочное отверстие. Пары ртути направляются в выпускное отверстие для ртути, при этом на передней поверхности средней части корпуса расположен распылитель.
Не смотря на то, что вышеупомянутые системы в какой-то степени доказали свою эффективность в выполнении конкретных операций, для которых они предназначены, не существует системы, обеспечивающей возможность удаления упаковок и этикеток из отходов стекла, таких как банки и бутылки.
Существует возрастающий спрос на чистые отходы стекла в качестве сырья для многих видов специализированных конечных применений, таких как производство стекловолокна для волокнистых плит или изоляционных материалов.
Задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы раскрыть сепаратор для отходов стекла, выполненного с возможностью удаления остатков пищевых продуктов, упаковки и загрязняющих материалов из отходов стекла. Следует признать, что настоящее изобретение может применяться также, в более общем смысле, для отделения более тяжелых твердых частиц от более легких твердых частиц. В частности, несмотря на то, что зачастую более легкие твердые частицы могут представлять собой отходы, в некоторых случаях эти более легкие твердые частицы могут быть полезны сами по себе, например, в качестве биотоплива.
Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения относятся к способу промывки стекла для получения чистого стеклянного боя для переработки и прочих потоков продукции. Варианты осуществления настоящего изобретения относятся к способу промывки и отделения мусора и отходов от загрязненного скопления материала, такого как, например, стеклянный бой.
Раскрытие сущности изобретения
Настоящее изобретение в одном из своих аспектов относится к устройству для разделения твердых материалов, причем упомянутое устройство содержит:
канал приема жидкости и подлежащих разделению материалов, причем упомянутый канал снабжен перемешивающей поверхностью,
средства направления потоков текучей среды на подлежащие разделению материалы, причем упомянутые потоки текучей среды проталкивают материалы по перемешивающей поверхности и по направлению к ней для отделения упомянутых материалов,
при этом более тяжелый материал проталкивается вдоль нижней части упомянутого канала под действием потоков текучей среды к выходу, и более легкий материал, отделенный от более тяжелого материала, поднимается к поверхности жидкости,
при этом перемешивающая поверхность содержит множество конструкций, каждая из которых проходит через по меньшей мере часть ширины канала и содержит восходящую поверхность и нисходящую поверхность, причем по меньшей мере часть восходящей поверхности имеет более крутой наклон относительно основания канала, чем нисходящая поверхность.
Выявлено, что более пологая нисходящая поверхность одной конструкции с последующей более крутой восходящей поверхностью следующей конструкции: улучшает перемешивание твердых материалов по мере того, как они продвигаются вниз по нисходящей поверхности и начинают продвигаться вверх по восходящей поверхности; сохраняет переходный участок от нисходящей поверхности к восходящей поверхности чистым от скопления материалов; и обеспечивает достижение упомянутой поверхности более легкими материалами, подлежащие проталкиванию вверх под нужным углом, для их удаления.
Восходящая поверхность может содержать первую восходящую часть, расположенную под первым углом относительно основания канала, и вторую восходящую часть, расположенную под вторым углом относительно основания канала, и первый угол является более пологим, чем второй угол, при этом по меньшей мере некоторые из потоков текучей среды направлены, по существу, к первой восходящей части. Более пологая первая восходящая часть предпочтительно образует плавный переходный участок от нисходящей поверхности предыдущей конструкции, что упрощает перемещение скопления материала и уменьшает накопление материалов на переходном участке от нисходящей поверхности к восходящей поверхности. Более крутая вторая часть обеспечивает подходящий для достижения поверхности жидкости угол подъема легкого материала вверх.
Нисходящая поверхность может проходить от вершины восходящей поверхности к основанию восходящей поверхности соседней конструкции. По меньшей мере некоторые из потоков текучей среды предпочтительно направлены, по существу, параллельно нисходящей поверхности или вниз под небольшим углом на нисходящее поверхности. Это обеспечивает то, что материалы продвигаются вниз по нисходящей поверхности и перемешиваются друг с другом, что способствует разделению.
В некоторых вариантах осуществления вторая восходящая поверхность может быть расположена по существу вертикально.
В некоторых вариантах осуществления по меньшей мере часть восходящей поверхности и/или нисходящей поверхности является криволинейной и/или вогнутой. Криволинейные поверхности менее подвержены износу и обеспечивают плавное продвижение материалов вниз по каналу.
Средство направления может содержать группу струйных сопел, расположенных с определенными интервалами по ширине канала, и дефлектор, проходящий поперек канала напротив группы струйных сопел для перенаправления и изменения формы струй текучей среды, испускаемых из струйных сопел, для формирования потоков текучей среды, направленных к материалам. Дефлектор может быть закреплен с возможностью регулировки на обеих сторонах канала и содержит отклоняющую пластину, расположенную напротив каждого из струйных сопел. Такой цельный дефлектор может быть отрегулирован сразу для всех сопел определенной группы, и является более дешевым и простым в изготовлении и установке.
Упомянутый канал может быть снабжен регулируемым бортом вдоль верхнего края по меньшей мере одной стороны канала. Наклон борта относительно канала может быть регулируемым. Регулируемый борт предпочтительно выполнен вдоль обеих сторон канала. При соответствующей конфигурации поверхность жидкости в канале предпочтительно, по существу, параллельна верхнему краю борта. Также может быть выполнен желоб, проходящий вдоль наружной части канала, для приема жидкости, вытекающей из канала через борт. Наличие регулируемого борта позволяет обеспечить равномерность вытекания жидкости через борт по всей длине канала за счет регулирования высоты канала (возможно, на разную величину вдоль длины канала) для соответствия уровню воды, который может отличаться в канале в зависимости от условий протекания.
Упомянутый канал на поверхности жидкости может быть снабжен по меньшей мере одной направляющей, форма которой обеспечивает направление отделенного более легкого материала на поверхности жидкости или вблизи нее к борту и через него в желоб. Для направления текучей среды к упомянутым направляющим и/или к поверхности жидкости может быть выполнены средства в виде группы водоструйных сопел и, при необходимости, дефлекторов. Направляющие могут выполнять функции дефлектора для перенаправления и изменения формы струй жидкости, выпускаемых из струйных сопел, для формирования потоков текучей среды, направленных к поверхности жидкости, что снижает необходимость в отдельных дефлекторах. Направляющая для мусора может проходить ниже поверхности жидкости и быть наклоненной так, что преобладающий поток жидкости вблизи поверхности жидкости проталкивает отделенный более легкий материал внутри жидкости в направлении к направляющей и вверх по ее уклону в направлении поверхности жидкости. Направляющая для мусора предпочтительно проходит над поверхностью жидкости. Как правило, направляющая для мусора имеет вышеупомянутую конструкцию с возможностью увеличения до максимума, насколько это возможно, количества мусора, направляемого из канала в желоб.
В некоторых вариантах осуществления во время работы упомянутого устройства преобладающее направление поверхностного течения в верхней части канала, по существу, противоположно направлению перемещения более тяжелого материала вдоль нижней части канала. Это может быть полезным, поскольку в результате обеспечивается то, что вода на выходном конце канала является более чистой, чем вода на входном конце канала, что означает то, что более тяжелый материал на выходе из устройства является, в целом, более чистым.
В некоторых вариантах осуществления упомянутое средство направления выполнено как одно целое с перемешивающей поверхностью и/или является ее частью. Например, средство направления может быть расположено ниже вершины конструкции. При таком расположении, сопла (с дефлекторами) не мешают движению более легких материалов вверх и, кроме того, очищают канал от засорений, которые могут приводить к сложным и нежелательным режимам течения в упомянутом канале.
В одном из примеров первая, верхняя, часть нисходящей поверхности образована верхней частью кожуха, под которым расположено средство направления, выполненное с возможностью направления потоков текучей среды вниз и вдоль второй, нижней, части нисходящей поверхности к основанию восходящей поверхности соседней конструкции.
Восходящая поверхность и/или нисходящая поверхность могут иметь более пологий наклон на основании и/или вершине или вблизи основания и/или вершины, чем в средней части.
Несмотря на то, что упомянутое устройство может быть использовано, в целом, для разделения каких-либо твердых материалов на более тяжелый компонент и более легкий компонент, упомянутое устройство является особенно полезным, когда более тяжелый материал является скоплением материала, таким как стеклянный бой, а более легкий материал является мусором. Однако следует понимать, что мусор сам по себе может иметь промышленную ценность, например, в качестве биотоплива, когда он отделен от скопления материала. В более общем случае, два твердых материала могут быть бесполезны в объединенном состоянии (состояние на входе в устройство), но приобретают ценность в разделенном состоянии (состояние на выходе из устройства).
Часть более легкого материала предпочтительно может быть более плотной, чем текучая среда. В этом варианте осуществления устройство для отделения твердых материалов особенно полезно, поскольку оно обеспечивает возможность разделения материалов, близких по плотности, что, как правило, представляет собой сложную проблему в области переработки отходов. Такой вариант осуществления может применяться при разделении стекла и плотных пластиков, хотя также возможно разделение других смесей, содержащих органические отходы, которые являются легче, чем текучая среда с отходами, более плотными, чем текучая среда, более легких, чем стекло, и отходы стекла, более плотных, чем все другие отходы. Кроме того, предполагается, что, как вариант, отходы стекла могут быть минеральными или керамическими отходами или сочетанием этих отходов.
Кроме того, может быть также предпочтительным, чтобы в текучей среде вблизи перемешивающей поверхности была образована турбулентная зона. Турбулентный зона может способствовать перемешиванию, перемещению или переворачиванию более тяжелых и более легких материалов, обеспечивая возможность их отделения посредством потока текучей среды. Кроме того, турбулентная зона может способствовать разделению более легкого и более тяжелого материала, причем более тяжелый материал перемещается по конструкции, в то время как более легкий материал перемещается к поверхности под воздействием потока текучей среды.
Различия между усредненными формами более тяжелого материала и более легкого материала предпочтительно способствуют разделению упомянутых материалов в турбулентной зоне. Такой вариант осуществления может быть полезен, поскольку усредненные размеры или формы более тяжелого и более легкого материалов в загрязненном скоплении материала могут различаться, и вышеупомянутый признак повышает способность устройства разделять эти материалы.
В таком варианте осуществления, различия размеров, формы и ориентации материалов, наряду с различиями их плотности, ведут к тому, что эти частицы по-разному ведут себя в зоне турбулентности вследствие влияния на них значения числа Стокса, известного из уровня техники (А. Карник, Дж.С. Шримптон, «Физика текучих сред», 2012, 24, 073301). Эти различия в поведении в результате могут приводить к тому, что более легкий материал перемещается к поверхности жидкости, в то время как более тяжелый материал перемещается по конструкции, причем оба материала перемещаются под воздействием потока текучей среды.
Кроме того, может быть предпочтительным, чтобы устройство дополнительно содержало по меньшей мере один делитель потока. Такой вариант осуществления изобретения может быть полезен, поскольку он может обеспечить отделение турбулентного потока на основании канала от более ламинарного и менее турбулентного обратного потока в верхних уровнях канала. Разделение этих потоков является предпочтительным, поскольку оно может обеспечить возможность быстрого удаления из канала любого мусора, поднявшегося на поверхность воды под воздействием сопел и дефлекторов, без опускания упомянутого мусора обратно в зону турбулентного потока.
Упомянутый делитель потоков предпочтительно расположен вблизи поверхности текучей среды. Такой признак может быть полезной, поскольку положение упомянутого делителя потока вблизи поверхности текучей среды может обеспечить наиболее эффективное разделение турбулентных и менее турбулентных потоков и, таким образом, наиболее эффективное удаление любого мусора, поднятого в зону менее турбулентного потока. Более предпочтительно, упомянутый делитель потоков расположен от поверхности текучей среды на расстоянии 5-50 мм, еще более предпочтительно на расстоянии 50-300 мм и, наиболее предпочтительно, на расстоянии 200 мм. Также предпочтительно, чтобы барьеры для потока были выполнены с возможностью перемещения так, чтобы их положение относительно поверхности текучей среды можно было изменять.
Упомянутый делитель потоков предпочтительно выполнен с возможностью поворота. Более предпочтительно, чтобы этот поворот мог быть осуществлен вокруг оси, перпендикулярной продольной оси канала. Возможность такого поворота является предпочтительной, поскольку обеспечивается возможность поворачивать делитель потоков так, что турбулентные и менее турбулентные области потока могут быть разделены наиболее эффективно, и любой мусор, поднимаемый в менее турбулентную область потока, может быть быстро удален из канала.
Упомянутый делитель потоков предпочтительно выполнен с возможностью перемещения вдоль продольной оси канала. Возможность такого перемещения является предпочтительной, поскольку при этом обеспечивается возможность расположить делитель потоков так, чтобы турбулентные и менее турбулентные области потока были разделены наиболее эффективно, и любой мусор поднимаемый в менее турбулентную область потока мог быть быстро удален из канала.
Жидкость (в канале) и текучая среда (потоки, направляемые в канале) предпочтительно являются водой. Тем не менее, по существу, может быть использована жидкость, отличная от воды, или вода может содержать чистящую присадку, причем текучая среда может отличаться от упомянутой жидкости, и потенциально может быть газообразной (например, струями воздуха).
Далее исключительно в качестве примера описаны варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 схематично показано устройство для разделения материала в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 2А и 2 В схематично показан приемный лоток устройства для разделения материала;
на фиг. 3А и 3В схематично показан выпускной лоток устройства для разделения материала;
на фиг. 4А-4С схематично показан канал для разделения;
на фиг. 5 схематично показан дефлектор, изготовленный как одно целое;
на фиг. 6А и 6В схематично показаны желоб и регулируемый борт;
на фиг. 7А и 7В схематично показана направляющая для мусора;
на фиг. 8 схематично показано устройство для разделения материала в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;
на фиг. 9А схематично показаны направляющая для мусора и поток воды, соответствующие устройству с фиг. 8;
на фиг. 9В схематично показаны поток воды и турбулентная зона, соответствующие устройству с фиг. 8, без опционального барьер для мусора;
на фиг. 10А-10Е схематично показаны несколько перемешивающих поверхностей, которые могут применяться в различных вариантах осуществления настоящего изобретения; и
на фиг. 11 схематично показаны (без ограничения) размеры и конструкция устройства с фиг. 8;
на фиг. 12 схематично показано применение делителей потока (или подводных крыльев) в устройстве для очистки скоплений материалов.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 показан пример устройства 10 для разделения, содержащего приемный лоток 12, канал 14 для разделения и выпускной лоток 16. Во время работы устройства канал 14 для разделения заполнен до краев водой (или другой жидкостью). Вода и, следовательно, подлежащие разделению материалы перемещаются в канале под действием насоса, который прокачивает струи воды через канал, как это более подробно описано далее. Канал 14 может представлять собой желоб и иметь, в целом, прямоугольную форму. Вдоль верхней части каждой стороны канала 14 для разделения выполнен борт 18. Во время работы устройства уровень воды в канале 14 немного превышает верхний край этого борта 18 так, что по длине канала 14 вода может перетекать через борт 18 в желоб 20, проходящий вдоль обеих сторон канала 14 с его наружной стороны под бортом 18. Внутренний верхний край борта предпочтительно снабжен, по существу, прямоугольной (90°) кромкой, которая обеспечивает лучший и более контролируемый поток жидкости через край по сравнению с округлым или скругленным верхним краем (через который вода перетекала бы слишком быстро). Следует отметить, что на фиг. 1 для ясности чертежа показана только часть желоба 20, однако форма желоба 20 лучше показана на фиг. 6, описанной ниже. Затем мусор и вода в желобе 20 могут быть отфильтрованы для отделения мусора от воды, при этом воду возвращают обратно в устройство, а мусор складируют для дальнейшего применения или утилизации. Вышеописанная установка опирается на раму 22.
Во время работы устройства канал 14 для разделения заполнен водой, и загрязненное скопление материала или любая другая совокупность твердых материалов различного веса укладывается на верхний конец приемного лотка 12. Смешанный твердый материал продвигается в приемном лотке 12 вниз и далее в канал 14 для его разделения под действием водоструйных сопел 24 в толще воды. Смешанный твердый материал далее продвигается по каналу 14 для его разделения под действием водоструйных сопел 26, как правило, по основанию канала 14. Основание канала 14 снабжено перемешивающей поверхностью (не показана на фиг. 1), содержащую конструкции, напротив которых водоструйные сопла 26 обеспечивают перемешивание смешанного материала для его разделения и по которым смешанные материалы вынужденно продвигаются от конца канала 14, находящегося рядом с приемным лотком 12, к концу канала 14, смежному с выпускным лотком 16. По мере того как смесь материала продвигается через перемешивающие поверхности, смесь материала стремится разделиться вследствие воздействия воды и интенсивной силы трения между частицами скопления материала. При разделении относительно более тяжелых и более легких материалов более тяжелые материалы (например, стеклянный бой) стремятся перемещаться по основанию канала, в то время как более легкие материалы (например, пластмассы, пищевые и бумажные отходы) стремятся подниматься к поверхности воды, где они могут держаться на поверхности до тех пор, пока не выйдут из канала 14 через борт 18 в желоб 20.
Для содействия этому процессу, на уровне поверхности воды в канале 14 для разделения могут быть выполнены направляющие 30 для мусора. Наличие таких направляющих для мусора является предпочтительным, однако следует понимать, что оно не являются необходимым для работы устройства, раскрытого в настоящей заявке. Как показано на фиг. 1, эти направляющие 30 выполнены в форме латинской буквы «V». В варианте осуществления изобретения с фиг. 1 ориентация водоструйных сопел 26 и создаваемое ими усилие, а также форма конструкций перемешивающей поверхности обеспечивают то, что преобладающее направление потока воды в верхней части (поверхности) канала, или вблизи нее, противоположно направлению, в котором скопление материала перемещается по нижней части (основанию) канала. В результате, выполненные в форме латинской буквы «V» направляющие ориентированы так, что они «указывают» в направлении, противоположном направлению поверхностного потока, поэтому вода и любой переносимый водой мусор отводятся к бортам 18 (и, таким образом, через них) в желоба 20 с каждой стороны канала 14. Однако борт 18 и желоб 20, по существу, могут быть расположены только с одной стороны канала, при этом направляющая 30 будет расположена под некоторым углом поперек поверхности канала для обеспечения отвода воды и мусора к этой стороне. Это будет означать, что некоторым частицам мусора (располагающимся на стороне, противоположной стороне с бортом 18 и желобом 20) необходимо будет преодолеть в два раза больший путь для достижения края. Таким образом, в случае если борт 18 и желоб 20 расположены с обеих сторон канала 14, обеспечивается возможность гораздо более быстрого удаления мусора с поверхности воды. Направляющая 30 для мусора проходит ниже поверхности воды так, что мусор, находящийся вблизи поверхности (но не на поверхности) направляется к краям, и расположена под углом так, что этот мусор поднимается вверх по направляющей 30 для мусора и достигает поверхности воды. Направляющая 30 для мусора проходит также над поверхностью воды так, что вода (с мусором) не перетекает через ее верхнюю часть. Следует отметить, что само течение воды, как правило, может вызывать подъем воды вверх по направляющей 30 для мусора и через нее и, для предотвращения этого, на верхней части направляющей 30 для мусора выполнен выступ, выступающий назад и располагающийся выше набегающего потока воды. Очищенное скопление материала (более тяжелые твердые материалы), которое проталкивается вдоль нижней части канала 14, в результате достигает основания выпускного лотка 16, и затем проталкивается вверх по выпускному лотку под действием водоструйных сопел 28, и выводится через край. Следует отметить, что скопление материала движется от правой стороны фиг. 1 к левой стороне фиг. 1, в то время как поверхность воды, как правило, движется от левой стороны фиг. 1 к правой стороне фиг. 1.
Как показано на фиг. 2А (на виде сверху), приемный лоток 12 разделен на несколько отсеков 32, обеспечивающих более равномерное течение скопления материала вниз по приемному лотку 12. Во время работы устройства скопление материала помещают в верхнюю часть отсеков 32 (соответствует верхней части фиг. 2А). Как показано на упомянутом чертеже, водоструйные сопла 24 включают в себя сопло и отклоняющую пластину. Отклоняющие пластины обеспечивают перенаправление и изменение формы потока воды из сопел для обеспечения требуемой формы и направления (отклоняющие пластины описаны более подробно ниже). На фиг. 2А показаны две группы водоструйных сопел 24а и 24b, которые обеспечивают проталкивание скопления материалов вниз по приемному лотку 12 в канал 14, а также две группы водоструйных сопел 26 в канале 14 для разделения, которые выполнены с возможность выполнения функции водоструйных сопел 24а и 24b по продвижению скопления материалов вперед, когда оно достигает канала 14 для разделения. В отличие от канала для разделения, содержащего неплоскую перемешивающую поверхность, основание приемного лотка 12 является гладким для снижения накопления скоплений материалов. Следует отметить, что некоторое разделение скопления материалов может быть осуществлено в приемном лотке 12 вследствие воздействия водоструйных сопел 24а и 24b и вследствие трения в самом скоплении материалов. Однако без перемешивающей поверхности, посредством которой скопление материалов может быть перемешано, предполагаемая степень разделения в приемном лотке 12 будет низкой.
Как показано на фиг. 2В (вид сбоку в сечении по линии А-А с фиг. 2А), струйные сопла 24а, 24b расположены в верхней части (24а) и средней части (24b) приемного лотка 12. Основание приемного лотка 12 расположено под некоторым углом так, что сила тяжести способствует перемещению поступающего скопления материала от верхней части к нижней части приемного лотка 12, совместно со струйными соплами 24а, 24b. Как показано на фиг. 2В, приемный лоток 12 начинается за пределами канала 14 и спускается внутрь него. Кроме того, уровень воды в канале 14 такой, что поверхность воды проходит также через большую часть приемного лотка 12. В результате этого, только струйные сопла 24а расположены выше уровня воды, при этом струйные сопла 24b находятся ниже поверхности воды. Наряду с обеспечением продвижения скопления материала вниз по приемному лотку 12, струйные сопла 24а, 24b (в особенности струйные сопла 24b) также обеспечивают продвижение скопления материала к первой конструкции 34 перемешивающей поверхности у основания канала 14, вверх по этой конструкции и через нее. Следует отметить, что, в соответствии с фиг. 2В, канал 14 содержит две группы водоструйных сопел 26 - верхняя группа сопел 26b и нижняя группа сопел 26а. Нижняя группа водоструйных сопел 26а обеспечивает перемещение скопления материала к конструкциям перемешивающей поверхности и перемешивание скопления материала посредством этих конструкций, в то время как верхняя группа водоструйных сопел 26b обеспечивает направления более легкого материала (например, мусора), высвобождаемого из скопления материала, вверх к поверхности воды и/или к направляющим 30b. Как показано на фиг. 2В, поток воды на поверхности воды и вблизи нее в результате имеет направление, совпадающее с направлением, в котором проталкивается скопление материала (то есть, противоположное направлению с фиг. 1). Таким образом, направляющие 30b для мусора на фиг. 2А и 2В ориентированы в противоположном направлении по сравнению с фиг.1.
Как показано на фиг. 3А (вид сверху), выпускной лоток 16 разделен на несколько отсеков 42, что обеспечивает более равномерное протекание скопления материала вверх по выпускному лотку 16. В отличие от водоструйных сопел 24 и 26, водоструйные сопла 28 содержат только сопло и не имеют отклоняющей пластины. Причина этого заключается в том, что от водоструйных сопел 28 не требуется перемешивание скопления материала, а лишь проталкивание скопления материала вверх и наружу из выпускного лотка 16, а также вымывание мусора и загрязняющих примесей по мере того, как скопление материала продвигается из воды к выходной кромке выпускного лотка 16. На фиг. 3А показаны четыре группы водоструйных сопел 28а, 28b, 28c, 28d, а также две группы водоструйных сопел 26 в канале 14 для разделения, при этом водоструйные сопла 28а могут эффективно выполнять функцию перемещения скопления материала вперед к выходу в конце его пути по каналу 14 для разделения. В отличие от канала 14 для разделения, содержащего неплоскую перемешивающую поверхность, основание выпускного лотка 16 является гладким, поэтому очищенное скопление материалов может быть плавно перемещено вверх и наружу из выпускного лотка 16.
Как показано на фиг. 3В (вид сбоку в сечении по линии А-А с фиг. 3А), водоструйные сопла 28а, 28b, 28с, 28d расположены в различных положениях над основанием выпускного лотка 16 и вдоль него. Основание выпускного лотка 16 расположено под углом так, что скопление материала выводится из массы воды в канале 14 перед выходом из устройства. Водоструйные сопла 28а, 28b, 28с, 28d необходимы для проталкивания очищенного скопления материалов (более тяжелых материалов) вверх и наружу из выпускного лотка 16 против действия силы тяжести. Как можно показано на фиг. 3В, выпускной лоток 16 заканчивается за пределами канала 14, но начинается внутри канала 14 в его нижней части. Кроме того, уровень воды в канале 14 таков, что поверхность воды проходит также через большую часть выпускного лотка 16. В результате этого водоструйные сопла 28а, 28b, 28с, 28d необходимы только для транспортировки очищенного скопления материала на небольшое расстояние над поверхностью воды. Следует отметить, что вес скопления материала в воде меньше, чем вне воды, в результате чего скопление материала перемещается легче, когда оно находится в воде. Кроме того, как показано на фиг. 3В, водоструйные сопла 28а и 28b находятся ниже поверхности воды, сопло 28 с находится примерно на поверхности воды, а сопло 28d находится значительно выше поверхности воды для придания скоплению материала окончательного толчка над краем выпускного лотка 16. Только водоструйному соплу 28d необходимо перемещать не поддерживаемое водой скопление материала, и только на короткое расстояние. Как показано на фиг. 3В, канал 14 содержит водоструйные сопла 26 в двух группах - верхняя группа сопел 26b и нижняя группа сопел 26а. Нижняя группа сопел 26а служит для перемещения и перемешивания скопления материала над конструкциями перемешивающей поверхности и напротив них, в то время как верхняя группа сопел 26b служит для направления более легкого материала (например, мусора), высвобожденного из скопления материала, вверх к поверхности воды. Поток воды на поверхности воды и вблизи нее в результате имеет, как показано на фиг. 3В, то же направление, что и направление проталкивания скопления материала (то есть, противоположное направлению с фиг. 1), и, следовательно, направляющие 30b для мусора ориентированы в противоположном направлении.
На фиг. 4А в аксонометрии показана часть внутреннего пространства канала 14. Внутреннее пространство канала 14 содержит у своего основания перемешивающую поверхность, содержащую группу конструкций 34, над которыми должно транспортироваться скопление материала и на которых должно перемешиваться скопление материала. В данном случае каждая конструкция 34 проходит в виде выступа по всей ширине основания канала 14, но следует отметить, что возможны и другие конфигурации. Выше и немного позади каждой из конструкций 34 расположена нижняя группа водоструйных сопел 26а и верхняя группа водоструйных сопел 26b. Нижняя группа водоструйных сопел 26а приводит в движение скопление материала, или более тяжелые твердые материалы, по основанию канала 14 над перемешивающей поверхностью и напротив нее. Водоструйные сопла 26b первой группы направлены к поверхности воды и обеспечивают перемещение мусора/более легких материалом на поверхность, где они выходят через боковые стороны канала 14. Как правило, выше и сзади каждой конструкции перемешивающей поверхности расположена группа водоструйных сопел. Водоструйные сопла 26а нижней группы направлены, по существу, вниз и вдоль нисходящей (задней) поверхности конструкции 34. Если используются обе группы водоструйных сопел (верхняя и нижняя), ориентированы вперед, то преобладающее направление потока на поверхности воды, как правило, совпадает с направлением проталкивания скопления материала. Если имеется только нижняя группа сопел (как, например, в случае с фиг.1 и фиг.8, описанном ниже), или если сопла верхней группы ориентированы в обратном направлении, то преобладающее направление потока на поверхности воды может быть противоположно направлению проталкивания скопления материала. Следует понимать, что преобладающее направление потока на поверхности может зависеть не только от положения сопел, но и от формы и размеров упомянутых конструкций, а также от габаритных размеров канала 14.
На фиг. 4В на виде сбоку показано положение конструкций 34 верхних и нижних групп водоструйных сопел 26а, 26b относительно поверхности 40 воды. На фиг. 4В треугольниками обозначены положения стекла и скоплений материала в канале, показывая, что в общем случае эти более тяжелые компоненты остаются вблизи нижней части канала, увлекаемые соплами 26а и основным течением вблизи основания канала 14. Стрелки, исходящие из водоструйных сопел 26а, указывают направление потоков воды на выходе из водоструйных сопел 26а. Направление этих потоков отклонено от оси сопла вследствие наличия отклоняющей пластины. Поток воды из водоструйных сопел 24а толкает скопление материала вниз и вдоль нисходящей (задней) поверхности конструкции 34, а затем вверх по восходящей (передней) поверхности прилегающей конструкции 34а, где скопление материала затем попадает в реактивный поток следующей группы сопел. Стрелки в правой части фиг. 4В указывают направление потока воды, обеспеченного предыдущей группой нижних сопел (которые не показаны на фиг. 4В и расположены справа от сопел на фиг. 4В). Вода стремиться продолжать течь вверх, в целом, в направлении, заданном углом подъема передней (восходящей) поверхности конструкции 34, обеспечивая перенос любого мусора, высвобождающегося из скопления материала вследствие его перемешивания. Такой поток, как правило, обеспечивает перенос мусора к поверхности воды, где он направляется к борту 18 и через него в желоб 20. Тем не менее, более тяжелые материалы являются слишком тяжелыми для переноса к поверхности посредством направленных вверх течений, поэтому они падают вниз за вершиной (гребнем) следующего выступа.
Чем мощнее потоки текучей среды, выпускаемые расположенными под водой соплами 26, тем сильнее ударное воздействие воды на скопление материала и тем больше мусора удаляется. Угол подводных сопел 26 выбран таким образом, чтобы обеспечивалось как перемешивание скопления материала, так и возможность протекания скопления материала для прохождения через канал к выпускному лотку 16. Как правило, сопла 26а нижней группы должны быть наклонены таким образом, чтобы потоки воды были по существу параллельны нисходящим поверхностям конструкций или ударяли в нисходящие поверхности под небольшим углом.
Перемешивающая поверхность в основании канала содержит конструкции, форма и размеры которых способствуют перемешиванию и истиранию скопления материала. Расположение, форма и размеры конструкций выбраны таким образом, что струи 26а направляют части скопления материала к конструкциям, так что части скопления материала сталкиваются друг с другом и ударяются или истираются друг о друга, облегчая удаление мусора, такого как бумага и нежелательные отходы материала. Относительно пологая нисходящая поверхность конструкций обеспечивает расширенную область, над которой скопление материала может продвигаться под действием водоструйных сопел. По мере того как скопление материала продвигается вдоль нисходящей поверхности, части скопления материала переваливаются друг через друга и через твердую поверхность конструкции, способствуя удалению мусора. Кроме того, небольшой угол имеет значение, поскольку при этом уменьшается угол, под которым нисходящая поверхность стыкуется с восходящей поверхностью следующей конструкции. Если угол стыковки слишком велик, то мусор стремится накапливаться в этой области, и поток воды из сопла будет нарушаться при соударении с основанием восходящей поверхности, а не перенаправляться для поднятия на восходящую поверхность. Кроме того, небольшой угол обеспечивает то, что мусор остается рядом со скоплением материала вблизи нижней части канала. Восходящая поверхность, которой достигают скопление материала и мусор при его опускании к основанию нисходящей поверхности, обеспечивает более крутой подъем. Путь подъема вверх под крутым углом обеспечивает также другую форму перемешивания под действием водоструйных сопел и к возникновению различных траекторий через жидкость в канале, по которым движутся более тяжелые материалы и более легкие материалы. В частности, более легкие материалы, как правило, стремятся продолжить следовать по линии подъема от восходящей поверхности вверх, к верхней части канала и к поверхности жидкости. Более тяжелые материалы, как правило, под действием собственного веса падают за упомянутой вершиной на нисходящую поверхность следующей конструкции (где они захватываются следующим набором водоструйных сопел). Поэтому следует отметить, что восходящие поверхности конструкций предпочтительно является более крутыми, чем нисходящие поверхности.
Существует баланс между достижением управляемых потоков воды, которые надежно переносят скопление материала вперед и мусор на поверхность, достижением высокой степени локальной турбулентности вблизи конструкций для обеспечения перемешивания и разделения скопления материала, и обеспечением относительно спокойной поверхности воды в канале, чтобы мусор мог быть с поверхности посредством управляемого потока над бортом, который следует достигать и сохранять. Поверхностное течение должно быть достаточным для транспортировки мусора и менее плотных материалов в желоб, в то время как течение под поверхностью должно быть интенсивным и локализованным вблизи основания канала для обеспечения возможности истирания и очистки скопления материалов. Упомянутые конструкции могут быть установлены под разными углами, в зависимости от типа подлежащего очистке скопления материала, от углов установки и мощности водоструйных сопел. Следует отметить, что перемешивающая поверхность представляет собой поверхность типа «стиральной доски», что обеспечивает ускорение очистки (содействует перемешиванию) и/или удержание скопления материала в канале в течение более длительного периода времени вследствие большего расстояния, которое необходимо пройти скоплению материала, и тормозящего эффекта, оказываемого восходящими поверхностями.
Как показано на фиг. 4А и 4В, устройство может содержать первую группу сопел, расположенную так, что жидкость под давлением направлена на загрязненное скопление материала для его перемешивания на поверхности жидкости, тем самым обеспечивая возможность разделения очищенного скопления материала. Сопла 26а первой группы ориентированы преимущественно вниз так, что сопла направлены в сторону нижней части канала 14 для обеспечения возможности перемешивания скопления материала. В случае, показанном на фиг. 4А и 4В, устройство дополнительно содержит вторую группа сопел 26b, выполненных с возможностью направления мусора и/или воздействия на мусор в восходящем направлении к поверхности воды. В отличие от вышеупомянутого случая, на фиг. 1 показано устройство, в котором выполнены только обращенные вниз сопла, при этом движение мусора вверх достигается благодаря форме конструкций в основании канала 14. Первые группы сопел 26а расположены в виде массива, содержащего множество находящихся на расстоянии друг от друга рядов первых сопел. Сопла в каждой группе расположены от первой стороны лотка до второй противоположной стороны лотка и находятся на расстоянии друг от друга. Сопла в каждой группе проходят на расстоянии друг от друга в направлении, проходящем поперек, например, перпендикулярно, длине канала 14. Первые сопла в каждой группе гидравлически связаны с коллектором, проходящим между парой противоположных сторон лотка. Постоянное давление жидкости (хотя в некоторых вариантах осуществления вместо жидкости может быть использован газ, такой как воздух), например воды, обеспечено насосом с применением игольчатых клапанов или запорных клапанов, в зависимости от очищаемого скопления материала. Каждый коллектор может иметь гидродинамическое давление воды в диапазоне 50-300 psi (3,34-20,69 бар, или 0,34-2,07 МПа), причем оно может быть увеличено в зависимости от подлежащего очистке скопления материала. В идеальном случае каждое сопло имеет, в установившемся режиме, постоянный динамический напор и давление для обеспечения точного и неизменного расхода жидкости, такой как вода, для обеспечения возможности проталкивания загрязненного скопления материала по канал 14 в направлении вперед от приемного лотка 12 к выпускному лотку 16.
Нижние и верхние сопла 26а, 26b могут быть выполнены с возможностью поворота вокруг оси, проходящей поперек длины канала 14. По меньшей мере одно сопло, например, каждое сопло, может быть выполнено с возможностью поворота вокруг продольной оси упомянутого коллектора. Сопла в каждом ряду могут быть выполнены с возможностью совместного поворота вокруг продольной оси коллектора. Как вариант, каждое сопло в каждом ряду может быть выполнено с возможностью поворота отдельно от остальных сопел вокруг продольной оси коллектора. Угол каждого сопла в ряду, или всех сопел в ряду, может быть выборочно изменен для изменения угла, под которым поток воды сталкивается с потоком жидкости в канале 14. Каждый ряд сопел в каждом массиве удален от соседнего ряда соответствующих сопел в направлении длины канала 14. Как показано на фиг. 4А, каждая верхняя группа сопел 26b смещена в направлении вверх от соответствующей нижней группы сопел 26а. Верхняя группа сопел 26b может быть расположена в одной плоскости с нижней группой сопел 26а.
На фиг. 4С показан увеличенный вид водоструйного сопла, содержащего сопло 42, выступающее из коллектора 41, и отклоняющую пластину 44. Вода подается к соплу (и смежным соплам) через коллектор 41. Затем вода выталкивается наружу через сопло 42 в виде потока, который ударяется в нижнюю сторону отклоняющей пластины 44. Отклоняющая пластина 44 установлена непосредственно над соплом 42 и расположена под углом для перекрытия потока воды, выходящего из сопла 42. Как показано на фиг. 1-3, каждое водоструйное сопло 26 должно воздействовать на скопление материала на определенной части ширины канала 14. Однако, как показано на фиг. 4В, желательно, чтобы сопла были сосредоточены в вертикальном направлении так, чтобы максимально увеличить усилие, с которым сопла воздействуют на скопление материала и которое должно быть достаточным для перемещения скопления материала вверх по восходящей поверхности конструкции (эта поверхность находится на значительном расстоянии от водоструйного сопла 26а) и для обеспечения достаточного перемешивания скопления материала для отделения от него мусора. Принимая во внимание, что такая конфигурация может быть обеспечена, в некоторой степени, посредством веерных сопел, было обнаружено, что при направлении (предпочтительно уже веерообразного) потока на плоскую поверхность (отклоняющую пластину) можно увеличить поперечную протяженность (по ширине канала) потока, сохраняя при этом узкую протяженность по вертикали. При этом имеющееся давление воды и скорость потока используются наиболее эффективно. Кроме того, отклоняющая пластина 44 защищает струю воды от разрушения направленным вверх течением, поднимающимся от восходящей поверхности непосредственно под водоструйными соплами.
На фиг. 5 показан выполненный в виде единого целого дефлектор 45, содержащий группу отклоняющих пластин 44а, 44b, 44с, расположенных над соответствующими соплами коллектора. Изготовление и установка дефлектора, выполненного в виде единого целого, может оказаться дешевле, чем изготовление и установка отдельных дефлекторов, поскольку при этом требуется крепление только на двух сторонах канала, а не на самом коллекторе. Кроме того, такая конструкция значительно облегчает регулирование. В частности, если крепление к каждой стороне канала представляет собой крепление с возможностью регулирования, угол отклоняющих пластин 44а, 44b, 44с может быть отрегулирован на одинаковую величину одновременно посредством регулирования наклона всего дефлектора 45, выполненного в виде единого целого. Кроме того, на фиг. 5 показаны верхний коллектор, верхние сопла и верхний дефлектор, причем каждый из этих компонентов сходен по конструкции соответственно с нижним коллектором, нижними соплами и нижним дефлектором. В некоторых случаях в качестве дефлектора могут выступать направляющие для мусора, чтобы перенаправлять и изменять форму потоков текучей среды, выходящих из некоторых верхних струйных сопел (с учетом того, что направляющие для мусора не должны быть расположены смежно с каждой из групп сопел), для формирования потоков текучей среды, направленных к поверхности жидкости. При такой конфигурации необходимо меньшее количество специальных верхних дефлекторов.
На фиг. 6А в аксонометрии показаны части канала 14, в частности, показан один из коллекторов 41 с его отклоняющими пластинами 44, а также находящаяся под ним конструкция 34. Кроме того, показана часть борта 18, выполненного с возможностью регулирования посредством регулировочного болта и прорези 19. В некоторых вариантах осуществления борт 18 может быть выполнен с несколькими участками, причем каждый участок может быть отрегулирован по высоте независимо от других участков. Также показан желоб 20, расположенный снаружи канала и предназначенный для сбора вытекающей воды и мусора, удаляемого через борт 18. На фиг. 6В показан вид сбоку снаружи на верхнюю кромку канала 14, в том числе на борт 18. Как показано на фиг. 6В, борт в левой части изображения поднят на большую высоту, по сравнению с правой частью (следует отметить также положение верхнего края борта 18 относительно барьеров 30 для мусора). Причина этого заключается в том, что текучая среда протекающая в канале 14, как правило, приводит к образованию поверхности воды, которая не является горизонтальным уровнем, а расположена с небольшим наклоном относительно горизонтали, причем степень наклона этой поверхности пропорциональна (помимо прочего) расходу воды через устройство. Предпочтительно, чтобы вода и мусор могли перетекать через борт 18, по существу, равномерно вдоль всей длины канала 14. Соответственно, нежелательно, чтобы поверхность воды была ниже верхнего края борта (в результате чего вода не сможет перетекать) или была намного выше верхнего края борта (это ведет к очень большому расходу воды на выходе из канала, что является неэффективным). Регулируемый борт обеспечивает возможность равномерного удаления мусора с поверхности воды по всей длине канала, даже когда при изменении условий работы устройства происходит изменение наклона поверхности воды.
На фиг. 7А показано расположение направляющей 30 для мусора относительно конструкций 34, а также нижних и верхних сопел 26а, 26b. Необходимо отметить, что направляющие 30 для мусора не должны располагаться с тем же интервалом по длине канала, с каким расположены конструкции и водоструйные сопла. Как правило, упомянутые направляющие установлены менее часто. На фиг. 7А показаны верхние водоструйные сопла 26b, которые обеспечивают то, что поток воды на поверхности воды или вблизи нее движется вперед (в том же направлении, в котором скопление материала проталкивается под действием нижних водоструйных сопел 26а). Направляющая 30 для мусора ориентирована так, что поток воды из водоструйных сопел 26b отводится наружу к сторонам канала 14 после соударения с направляющей 30 для мусора. На фиг. 7В на виде сбоку показаны конструкции 34, нижние сопла 26а, верхние сопла 26b и направляющая 30 для мусора. Кружками обозначены положения в канале 14 мусора/загрязняющей примеси/более легкого материала. Верхние и нижние сопла и конструкции расположены, по существу, так же, как на фиг. 4В. В отличие от фиг. 4В (на которой показано расположение скопления материала / более тяжелого материала в нижней части канала), на фиг. 7В показано, мусор, как правило, переносится потоком воды вверх по восходящей (передней) поверхности конструкции 34, а затем продолжает перемещаться, по существу, по той же линии подъема, будучи захваченным потоком воды из верхних сопел 26b, и, таким образом, перемещается к направляющей 30 для мусора, которая отклоняет мусор к борту 18 и далее через борт 18 в желоб 20.
На фиг. 8 схематически показан другой вариант осуществления, в котором водоструйные сопла выполнены как одно целое с перемешивающей поверхностью. На фиг. 8 показано устройство 100 для разделения в целом, в том числе приемный лоток 112 и выпускной лоток 116, которые, по существу, аналогичны вышеописанным. Аналогичным образом, устройство опирается на раму 122, при этом борт 118 и желоб 120 проходят вдоль каждой стороны устройства, эти элементы не описываются повторно, поскольку их конструкция и функции аналогичны вышеописанным. На фиг. 8 боковая панель, борт и желоб не показаны, чтобы можно было видеть внутреннее устройство канала 114 для разделения. Можно видеть, что в данном случае направляющие 130 для мусора ориентированы в соответствии с обратным поверхностным течением (т.е. потоком воды на поверхности или вблизи поверхности, протекающим в направлении, противоположном направлению перемещения скопления материала). Это обусловлено, по меньшей мере частично, отсутствием в данной конструкции верхних сопел. В целом было установлено, что предпочтительно, чтобы вода, являющаяся относительно тяжелой при наличии мусора и загрязняющих примесей, перемещалась от выпускного лотка 116 устройства, поскольку при этом можно ожидать, что скопление материала, выходящее из устройства, будет чище, чем в случае если поверхность воды перемещалась бы в направлении к выпускному лотку 116.
Как показано на фиг. 8, каждый из коллекторов с водоструйными соплами проходит под вершиной конструкций, при этом конструкции проходят над упомянутыми коллекторами и имеют козырек или покрывающую часть. В результате этого, масса воды над конструкциями свободна от коллекторов с водоструйными соплами, которые в противном случае являлись бы препятствием для мусора, движущегося к поверхности, и которые могли бы препятствовать предпочтительным потокам в массе воды в канале. Благодаря этому варианту осуществления, можно ожидать наличие в целом менее турбулентного и более равномерного потока в основной массе воды, что повышает вероятность выноса мусора на поверхность.
На фиг. 9А на виде сбоку показаны конструкции, водоструйные сопла и направляющая для мусора. На фиг. 9А расположение более тяжелого материала (например, стекла или скопления материала) обозначено небольшими треугольниками, а более легкого материала (например, мусора или загрязняющих примесей) - небольшими кружками. Как показано на фиг. 9А, конструкции 134 содержат верхнюю часть 134а, под которой расположены водоструйные сопла 126 (коллектор с соплами) и часть которой образует вершину упомянутых конструкций. Восходящая поверхность (передняя поверхность) конструкции 134 проходит от основания до упомянутой вершины. Нисходящая поверхность (задняя поверхность) конструкции 134 содержит верхнюю часть, под которой расположены водоструйные сопла (коллектор с соплами), нижнюю часть, проходящую к основанию прилегающей конструкции, и отверстие в закрытой области, в которой расположены водоструйные сопла 126, причем через упомянутое отверстие сопла направляют потоки воды вниз по нижней части нисходящей поверхности конструкции 134. Потоки воды из сопел 126 толкают скопление материала и мусор вниз, к нижней части нисходящей поверхности, и затем поднимают вверх по восходящей поверхности соседней конструкции. Скопление материала, будучи более тяжелым, продолжает поступательное перемещение через вершину прилегающей конструкции и вниз от верхней (покрывающей) части нисходящей поверхности конструкции и падает перед траекторией потока воды, выходящего из-под покрывающей части. Таким образом, скопление материала проталкивается от одного конца канала для разделения к другому. В отличие от скопления материала, мусор, будучи более легким, переносится вверх к поверхности воды, как показано на упомянутом чертеже, продолжая перемещаться, по существу, в направлении и по траектории, заданной восходящей поверхностью. На поверхности воды или вблизи нее перемещение воды изменяется на обратное, то есть на направление к приемному лотку 112 устройства 100. Когда мусор сталкивается с направляющей 130, он отклоняется к стороне канала 114 и проходит над ней в желоб 120.
На фиг. 9В на виде сбоку показаны конструкции и водоструйные сопла, причем положения более тяжелого материала показаны треугольниками, а более легкого материала - кружками. На фиг. 9В показана турбулентная зона 200 в текучей среде, создаваемая конструкцией 134. В этой турбулентной зоне более тяжелый материал может быть отделен от более легкого материала вследствие отличий в характере движения более легкого и более тяжелого материалов в турбулентном потоке. Как показано на фиг. 9В, более легкий материал переносится к поверхности текучей среды потоком из водоструйных сопел 126, в то время как более тяжелый материал переносится тем же потоком текучей среды над конструкцией 134, при этом в турбулентной зоне 200 происходит разделение более тяжелого и более легкого материалов.
Различия в характере движения более тяжелого и более легкого потоков жидкости может быть обусловлено также различными плотностями упомянутых двух материалов, или различными усредненными формами частиц более тяжелого и более легкого материалов. В случае скопления материала из стеклянного боя и пластмассы, куски стекла в стеклянном бое могут быть, в среднем, как правило, изогнутыми или неплоскими, в то время как куски пластмассы могут быть, в среднем, крупнее и могут иметь более плоский профиль. Такое различие в форме может быть обусловлено объектами, из которых образовано скопление материала. Например, изогнутые куски стеклянного боя могут быть образованы, как правило, из разбитых бутылок или бокалов, в то время как плотные, плоские куски пластмассы могут образовываться из защитных покрытий или листов. Эти различия в форме разных источников материала в совокупности обеспечивают различия в характере движения в зоне турбулентного потока, причем более плоский пластик тонет медленнее и с более широким горизонтальным рассредоточением.
Отделение мусора от стеклянного боя является одним из множества возможных применений устройства для очистки скопления материала. Как вариант, устройство для очистки скопления материала может быть использовано для отделения от скопления материала биотоплива и крупнозернистых твердых частиц, грязи или других загрязняющих примесей. В таком варианте осуществления настоящего изобретения, влияние на скопление материала средства направления текучей среды, наряду с перемешивающей поверхностью, может способствовать удалению загрязняющих примесей из биотоплива. В одном из примеров вариантов осуществления волокнистый, органический, биотопливный материала или материал для получения биотоплива может подниматься к поверхности текучей среды в канале под действием потока текучей среды. Одновременно с этим, более тяжелые куски крупнозернистых твердых частиц или камня, загрязняющие примеси в материале для получения биотоплива или в биотопливе проталкиваются вдоль основания канала, проходя через перемешивающие поверхности, пока также не будут удалены из канала.
На фиг. 10А-10Е показаны пять различных форм конструкций перемешивающей поверхности. На фиг. 10A показана конструкция, восходящая поверхность которой состоит из двух частей: первой более пологой части (расположенной под углом примерно 45° относительно основания канала) и второй вертикальной части, при этом нисходящая поверхность является одной частью и проходит от вершины (верха второй вертикальной части восходящей поверхности) вниз к основанию первой пологой части следующей конструкции. Более пологая первая часть конструкции обеспечивает перемещение скопления материала вверх под действием водоструйных сопел, в то время как вертикальная часть придает направление вверх потоку, переносящему более легкий материал/ мусор к поверхности воды.
На фиг. 10В показана конструкция, аналогичная конструкции с фиг. 10A, но имеющая первую пологую часть, расположенную под меньшим углом, чем на фиг. 10A (примерно под углом 30°), что облегчает проталкивание скопления материала вверх по склону, и вторую часть, которая не является вертикальной, но расположена под более крутым углом (примерно под углом 60°), чем первая пологая часть, тем самым сохраняя направление вверх для потока, переносящего мусор, и оказывая меньшее тормозящее действие на поступательное перемещение более тяжелого скопления материала.
На фиг. 10С показана конструкция, похожая на ту, что изображена на фиг. 10В, но имеющая криволинейный, вогнутый переход от нисходящей поверхности, через основание восходящей поверхности, до части пути вверх по ходу восходящей поверхности. Фактически, наклон восходящей поверхности постепенно увеличивается от ее основания до части пути вверх по ходу восходящей поверхности. Эта криволинейная конструкция обеспечивает плавный поток воды, скопления материала и мусора, и может быть менее подвержена износу.
На фиг. 10D показана конструкция, в которой водоструйные сопла выполнены как одно целое с конструкцией, как показано также на фиг. 8 и 9. Как показано на фиг. 10D, верхняя часть и часть основания конструкций являются криволинейными, причем верхняя часть конструкции вмещает водоструйные сопла, которые выполнены с возможностью выпуска струй вниз вдоль нисходящей поверхности через отверстие в нисходящей поверхности.
На фиг. 10Е показана конструкция, подобная той, что изображена на фиг. 10A, но в которой криволинейный, вогнутый переход выполнен от нисходящей поверхности, через основание восходящей поверхности, до части пути вверх по ходу восходящей поверхности, подобно тому, как показано на фиг. 10С.
Следует принять во внимание, что во всех вышеупомянутых примерах по меньшей мере часть, а предпочтительно вся или большая часть восходящей поверхности расположена под большим наклоном по отношению к основанию, чем нисходящая поверхность.
На фиг. 11 показаны вид сверху (в левой части), поперечное сечение вдоль длины канала (справа вверху) и поперечное сечение по ширине канала (справа внизу). Примерные размеры устройства указаны исключительно для создания представления о габаритах в иллюстративных целях и не предназначены для ограничения объема настоящего изобретения. В рассматриваемом примере устройство содержит лоток длиной 3000 мм, причем вершины конструкций (а следовательно, и сопла в соседних группах), расположены друг от друга на расстоянии 500 мм. На одном коллекторе выполнены пять сопел, расстояние между которыми составляет 276,5 мм. Высота сопел над основанием канала составляет 170,5 мм.
На фиг. 12 показан вариант осуществления изобретения, в котором устройство для очистки дополнительно содержит множество делителей потока или гидродинамических крыльев 300, расположенных горизонтально поперек канала 114. В этом варианте осуществления изобретения упомянутые делители потока могут отделять турбулентный поток в нижних областях 301 канала от противоположно направленного менее турбулентного потока в верхних областях 302 канала, способствуя удалению более легкого мусора из канала.
Кроме того, упомянутые делители 300 потока могут быть повернуты перпендикулярно к продольной оси канала 114 или передвинуты вдоль продольной оси канала 114 так, что их положение обеспечивает наиболее эффективное разделение турбулентного нижнего потока 301 и менее турбулентного верхнего потока 302.
Кроме того, упомянутые делители 300 потока могут заходит один за другой.
Настоящее изобретение описано исключительно посредством примеров, и следует понимать, что в вышеупомянутых вариантах осуществления могут быть выполнены изменения без отступления от сущности и объема изобретения. Например, сопла могут подавать любую подходящую текучую среду, такую, например, как сжатый газ, для образования, например, воздушного ножа, направленного в сторону жидкости в канале (каналах).
1. Устройство для разделения твердых материалов, содержащее:
канал приема жидкости и материалов, подлежащих разделению, причем упомянутый канал снабжен перемешивающей поверхностью;
средства направления потоков текучей среды на подлежащие разделению материалы, обеспечивающие возможность проталкивания материалов по перемешивающей поверхности и по направлению к ней посредством потоков текучей среды для отделения упомянутых материалов;
при этом упомянутое устройство выполнено так, что во время работы более тяжелый материал проталкивается вдоль нижней части упомянутого канала под действием потоков текучей среды к выходу и более легкий материал, отделенный от более тяжелого материала, поднимается к поверхности жидкости; и
при этом перемешивающая поверхность содержит множество конструкций, каждая из которых проходит через по меньшей мере часть ширины канала и содержит восходящую поверхность и нисходящую поверхность, причем по меньшей мере часть восходящей поверхности имеет более крутой наклон относительно основания канала, чем нисходящая поверхность.
2. Устройство по п.1, в котором восходящая поверхность содержит первую восходящую часть, расположенную под первым углом относительно основания канала, и вторую восходящую часть, расположенную под вторым углом относительно основания канала, причем первый угол является более пологим, чем второй угол, при этом по меньшей мере некоторые из потоков текучей среды направлены, по существу, к первой восходящей части.
3. Устройство по п.1 или 2, в котором нисходящая поверхность проходит от вершины восходящей поверхности к основанию восходящей поверхности соседней конструкции.
4. Устройство по п.3, причем упомянутое устройство выполнено с возможностью направлять по меньшей мере некоторые из потоков текучей среды, по существу, параллельно нисходящей поверхности или под небольшим углом вниз на нисходящую поверхность.
5. Устройство по п.1, причем упомянутое устройство выполнено с возможностью во время работы направлять поверхностное течение в верхней части канала, по существу, противоположно направлению перемещения более тяжелого материала по нижней части канала.
6. Устройство по п.1, в котором средство направления выполнено как одно целое с перемешивающей поверхностью и/или является ее частью.
7. Устройство по п.1, в котором средство направления расположено ниже вершины конструкции.
8. Устройство по п.7, в котором первая, верхняя, часть нисходящей поверхности образована верхней частью кожуха, под которым расположено средство направления, выполненное с возможностью направления потоков текучей среды вниз и вдоль второй, нижней, части нисходящей поверхности к основанию восходящей поверхности соседней конструкции.
9. Устройство по п.1, причем упомянутое устройство выполнено с возможностью образовывать турбулентную зону в текучей среде вблизи перемешивающей поверхности, причем турбулентная зона способствует разделению более тяжелого и более легкого материалов.
10. Устройство по п.1, дополнительно содержащее по меньшей мере один делитель потока.
11. Устройство по п.10, в котором упомянутый делитель потока расположен вблизи поверхности текучей среды.
12. Устройство по п.10 или 11, в котором упомянутый делитель потока выполнен с возможностью поворота и/или перемещения вдоль продольной оси канала.
13. Применение устройства по любому из пп.1-12 для разделения твердых материалов, причем более тяжелый материал является скоплением материала, таким как стеклянный бой, а более легкий материал является мусором, или более тяжелый материал является загрязняющей примесью, а более легкий материал является биотопливом, или более тяжелый материал является загрязняющей примесью, а более легкий материал является исходным материалом для биотоплива.
14. Применение по п.13, в котором часть более легкого материала является более плотной, чем текучая среда.
15. Применение по п.13, в котором различия между усредненными формами более тяжелого материала и более легкого материала способствуют разделению упомянутых материалов в турбулентной зоне.
