Urządzenie do rozdrabniania plastikowych pojemników i butelek, napędzane fotowoltaicznie

Transkrypt

1 Patent P zarejestrowano w UP RP r. Prof. dr hab. inż. Józef Flizikowski (30%), dr inż. Adam Mroziński (25%), dr inż. Andrzej Tomporowski (20%), dr inż. Marek Macko (25%) Urządzenie do rozdrabniania plastikowych pojemników i butelek, napędzane fotowoltaicznie Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do rozdrabniania plastikowych pojemników i butelek napędzane fotowoltaicznie, nadające się również do rozdrabniania innych odpadów i opakowań z materiałów niejednorodnych, wielotworzywowych i biologicznych, zwłaszcza poeksploatacyjnych pojemników z tworzyw sztucznych (popularnie: plastiku) itp. Znane są liczne rozwiązania konstrukcyjne urządzeń do rozdrabniania odpadów surowców, materiałów biologicznych, polimerowych i włóknistych. Urządzenia te nazywane są najczęściej, zależnie od rodzaju rozdrabnianego materiału-surowca i wymiarów produktu: rozdrabniarkami, siekaczami, sieczkarniami, młynami, piłami, frezarkami, strugarkami lub kruszarkami. Rozdrabnianie w tych urządzeniach następuje pod wpływem obciążeń doraźnych kruszenia, zderzania, ściskania elementami roboczymi, lub/i skrawania krawędziami przytwierdzonymi rozłącznie lub na stałe do elementów roboczych: wirującego walca, tarczy, stożka, kuli lub bębna. Walec, z elementami skrawającymi, osadzony jest na wale i wykonuje ruch obrotowy względem stałej osi obrotu. Krawędzie narzędzia skrawającego urządzenia posiadają najczęściej postać płytek prostopadłościennych, są zaostrzone w jednej, lub kilku płaszczyznach. Wskutek oddziaływania krawędzi narzędzia, surowiec wsadowy, tworzywo, materiał odcinane są w kęsach i przechodzą bezpośrednio, lub pośrednio przez sito, do zasobnika nie dając wyobrażenia o istocie rozdrabniania, np. przez quasi-ścinanie. Rozdrabniacze wspomnianych rodzajów opisano w książkach: Dmitrewski J.: Teoria i konstrukcja maszyn rolniczych. T.3. PWRiL Warszawa 1978; Drzymała Z.: Badania i podstawy konstrukcji młynów specjalnych. PWN Warszawa 1992; Koch R., Noworyta A.: Procesy mechaniczne w inżynierii chemicznej. WNT Warszawa 1995; Sikora R.: Obróbka tworzyw wielkocząsteczkowych. Wyd. Żak Warszawa 1996; Flizikowski J.: Rozdrabnianie tworzyw sztucznych. Wyd. UTP/ATR w Bydgoszczy 1998; Flizikowski J.: Konstrukcja rozdrabniaczy żywności. Wyd. UTP/ATR w Bydgoszczy 2005; Sidor J.: Badania, modele i metody projektowania młynów wibracyjnych. Rozprawy 150. Wyd. AGH Kraków 2005; Flizikowski J.: Micro- and Nano- energy grinding. PANSTAFORD, Singapore 2011; Macko M.: metody doboru rozdrabniaczy wielokrawędziowych do przeróbki materiałów polimerowych. Wyd. UKW, Bydgoszcz 2011; Tomporowski A.: Studium efektywności napędu i rozwiązań innowacyjnych konstrukcji wielotarczowych rozdrabniaczy biomasy. Wyd. LTN Lublin 2011 i innych. Analiza teorii i modeli rozdrabniania pojemników plastikowych i butelek, wskazuje na potrzebę fenomenologicznej obserwacji modelowego odkształcania trwałego, rozdzielczego opakowań, elementów i z materiałów niejednorodnych, wielotworzywowych i biologicznych, zwłaszcza poeksploatacyjnych pojemników z tworzyw sztucznych (popularnie: plastiku) itp., również z surowców biologicznych, materiałów niejednorodnych i wielotworzywowych zwłaszcza poeksploatacyjnych. Jest to jedno z najważniejszych źródeł rozwoju, innowacji i doskonalenia inżynierii rozdrabniania. W pracach dotyczących

2 rozdrabniania opakowań i butelek z tworzyw i materiałów polimerowych zaprezentowano wiele zagadnień konstrukcyjnych i procesowych o znaczeniu podstawowym. Energetyczny model tych procesów pozwolił na ustalenie: jaka praca jest potrzebna dla przeprowadzenia założonych podziałów, lub jakich efektów można oczekiwać po sterowaniu określonymi zmiennymi: wsad, maszyna, proces, produkt, cel rozdrabniania. Wadą i niedogodnością rozwiązań konstrukcyjnych znanych urządzeń do rozdrabniania pojemników i butelek plastikowych, z tworzyw i materiałów polimerowych, jest nieprzystosowanie do współpracy z ciągami logistycznymi śmieci, odpadów i recyklingu, ponadto mała wydajność przy dużym zużyciu energii i elementów maszyny; powstawanie wysokiej temperatury w miejscu podziału, konieczność częstej wymiany elementów rozdrabniających oraz nierównomierność procesu mająca wpływ na obniżenie trwałości elementów roboczych i wymiary produktu podlegającego złożonym obciążeniom odkształceniom trwałym. Wynika to z faktu, że potrzeba rozdrabniania poużytkowych opakowań i butelek plastikowych, nie może być zaspokajana za pomocą urządzeń wartościowych, wymagających nakładów energii zewnętrznej, z instalacji systemu energetycznego, a najlepiej nie energochłonnych, bądź jedynie wykorzystujących napęd ręczny. Celem wynalazku jest usunięcie znanych wad i niedogodności poprzez zaprojektowanie ekologicznego, autonomicznego energetycznie fotowoltaicznego napędowego urządzenia do quasi-ścinania bębnowego poużytkowych pojemników i butelek plastikowych i innych surowców biologicznych, materiałów niejednorodnych i wielotworzywowych zwłaszcza poeksploatacyjnych z tworzyw polimerowych, itp. który zapewnia ciągły kontakt wirujących ostrzy narzędzia skrawającego złożonego z minimalnej liczby powtarzalnych krawędzi wykonanych w bębnie wirnika i nieruchomych krawędzi otworu stojana jako przeciwostrza, a jednocześnie napęd fotowoltaiczny z akumulatorem i regulatorem zapewnia kognitywistyczne sterowanie parametrów roboczych i zmiennych procesowych, sterowniczych, informacyjnych, logistycznych inżynierii rozdrabniania, a układ umożliwia szybkie wyjście produktu poza rozdrabniacz (po osiągnięciu pożądanego kształtu i wymiaru). Wprowadzenie napędu fotowoltaicznego, a w budowie urządzenia do quasi-ścinania bębnowego poużytkowych pojemników i butelek plastikowych i innych surowców biologicznych, materiałów niejednorodnych i wielotworzywowych zwłaszcza poeksploatacyjnych z tworzyw polimerowych, małej liczby ostrzy i przeciwostrzy, z dużym zakresem zmienności cech geometrycznych krawędzi rozdrabniających oraz innych parametrów procesu technologicznego, spowoduje wyeliminowanie energii zewnętrznej, rozszerzenie wiedzy i możliwości obserwacji pojedynczych zjawisk, w tym również obciążeń i odkształceń elementów zespołu roboczego, a przede wszystkim przystosowanie produktu rozdrabniania do ciągów logistycznych śmieci, odpadów i recyklingu. Istota rozwiązania napędu, według wynalazku, polega na zaspokajaniu potrzeby przystosowanie poużytkowych opakowań i butelek plastikowych do współpracy z ciągami logistycznymi śmieci, odpadów i recyklingu, bez udziału urządzeń wartościowych, nie wymagających nakładów energii zewnętrznej z instalacji systemu energetycznego, nie energochłonnych, za pomocą ekologicznego, wyspowego, autonomicznego napędu fotowoltaicznego z akumulatorem i regulatorem parametrów roboczych i zmiennych (procesowych, sterowniczych, informacyjnych, logistycznych) inżynierii rozdrabniania. Istota rozwiązania rozdrabniania według wynalazku polega na tym, że urządzenie do quasiścinania bębnowego poużytkowych pojemników i butelek plastikowych stanowią: bębnowy

3 wirnik - z małą liczbą otworów - osadzony na współosiowym wale, bębnowy stojan z jednym otworem lub małą liczba otworów, natomiast odległość krawędzi ostrza bębna wewnętrznego i zewnętrznego jest szczeliną roboczą mającą wpływ na stopień quasiścinania oraz inne charakterystyki użytkowe procesu. Zmienność zarysu tworzącej krawędzi otworu urządzenia, ze względu na zmienność średnicy na wysokości powoduje, że względna obwodowa prędkość liniowa, co do wartości, jest różna w parach dla sąsiednich otworów skrawających urządzenia bębnowego. Przedmiot wynalazku przedstawiony jest na rysunkach schematycznych jako fig.1, pokazująca schemat blokowy systemu technicznego autonomicznego energetycznie przez zastosowanie napędu zasilanego z ogniwa fotowoltaicznego, akumulatora energii elektrycznej i podsystemów procesowych oraz logistycznych; fig.2, przedstawiająca samo urządzenie bębnowe do rozdrabniania poużytkowych pojemników i butelek plastikowych, fig.3 przekroje bębna wirnika, fig.4 przekroje bębna stojana i fig.5 - koncepcję sposobu podawania poużytkowych pojemników, butelek i zabezpieczenia układu zasilania wsadem. Fig.1

4 Na podstawie analizy wstępnych założeń autonomicznego energetycznie, kognitywnego systemu rozdrabniania odpadów plastikowych, przyjęto ustalenia (fig.1): Napęd fotowoltaiczny z akumulatorem i silnikiem elektrycznym prądu zmiennego steruje, zasila wejścia energetyczne systemu rozdrabniania, Napęd fotowoltaiczny stanowi ekologiczną i ekonomiczną alternatywę zaopatrzenia w energię elektryczną, należy rozważyć opcję ładowania ogniw akumulatorów wpiętych w linię zasilania, siec elektryczną, Zasilanie energią elektryczną z sieci jako awaryjne (pogodowo) źródło energii z okresowym poborem energii z akumulatorów, Projekt modułu informacyjnego (monitor dotykowy) - ekologiczno - edukacyjnego, co ile cykli wyświetlana liczba lub procent, informująca o poziomie wspomagania zasilania rozdrabniacza energią z ogniwa/akumulatora; urządzenie nabiera charakteru edukacyjnego i podnoszącego świadomość ekologiczną, Bezpieczeństwo - należy zwrócić szczególną uwagę na bezpieczeństwo, ponieważ publicznie, bez wstępnego przeszkolenia udostępniamy urządzenie o wirującym ostrzu (fig.3); niezbędny system blokad wykluczających włożenie kończyn i uruchomienie rozdrabniacza, podawanie popychaczem/dźwignią, Fig.2

5 Fig.3 Fig.4 Obsługa serwis okresowy, przegląd stanu ostrzy, opróżnienie/osuszenie zbiornika, kontrola napędu, napięcia paska zębatego, ogniw, akumulatorów, stały dozór kamery, Rozmiar, postać i wymiary rozdrabnianych poużytkowych pojemników i butelek plastikowych rozdrabnianie uniwersalne zakłada się, że wsad będą stanowiły butelki pochodzące z automatów usytuowanych na korytarzu uczelni, Należy zapewnić wstępną kontrolę jakości wsadu: np. butelka pełna, pusta, częściowo wypełniona, szklana, z zakrętką, puszka, kamień, gałąź, itp., układ do wstępnej identyfikacji w przypadku nieodpowiednich cech wsadu zwrot elementu lub wyrzucenie poza przestrzeń rozdrabniania, Należy zapewnić dzienny dostęp słońca do ogniwa fotowoltaicznego, potencjalne miejsca posadowienia opisane szczegółowo, położenie, kierunek zwrócenia panelu, oddzielenie panelu od części głównej urządzenia i przeniesienie na dach budynku, Ochrona komponentów przed kradzieżą, po udostępnieniu publicznym,

6 Zmiany we wstępnej koncepcji konstrukcyjnej Obustronne łożyskowanie bębna rozdrabniacza, Konstrukcja ze stali czarnej, lakierowanej, Obudowa aluminiowa, lakierowana, Zbiornik na recyklat z sitem na odciek, W dolnej części urządzenia niska wanna na zatrzymanie przypadkowych wycieków i zachowanie czystości miejsca posadowienia, Zachowanie wysokiego poziomu bezpieczeństwa (fig.5), Po rozdrobnieniu butelki programowa kontynuacja procesu - wykonanie kilku obrotów ruchu jałowego w celu opróżnienia komory rozdrabniacza, Opcjonalne pochylenie osi obrotu dla ułatwienia opróżnienia komory rozdrabniacza, Podawanie butelki kanałem do komory rozdrabniania (koncepcja). Na podstawie o konstrukcji ramowej 5 zamocowany jest quasi-ścinający zespół rozdrabniający urządzenia 1, w którym na wale 2 osadzony jest bęben wirnika z otworami posiadającymi krawędzie quasiścinające, stojan z otworami i przeciwostrzem, ustalany jest względem obudowy łożysk, zamykany jest pokrywą, przy czym gotowy produkt przechodzi przez sito do pojemnika 3, wirnik ułożyskowany i uszczelniany napędzany jest z silnika przez przekładnię pasową, całość osadzona jest w konsoli 4. Fig.5 Zaletą techniczną wynalazku jest to, że ukształtowanie wzajemne oraz postać współosiowych bębnów - walców z otworami o krawędziach ze zmiennymi cechami geometrycznymi krawędzi quasiścinających, utworzonych z cienkich bębnów, w stanie ruchu względnego zapewniają, w sposób ciągły, kontakt ostrzy krawędzi skrawających z tworzywem plastikowego pojemnika i/lub butelki lub rozdrabnianym materiałem, a przez to efektywne przebiegi odkształceń i ich przemieszczeń w czasie. Zjawiska te wpływają na zwiększenie wydajności procesów rozdrabniania, przez zastosowanie autonomicznych, fotowoltaicznych systemów napędu - zmniejszenie, zerowe zapotrzebowanie energii, a w dalszej konsekwencji rozwój, przystosowanie poużytkowych opakowań i butelek plastikowych do współpracy z ciągami logistycznymi śmieci, odpadów, recyklingu, ułatwienie wytwarzania, eksploatacji oraz monitorowania aspektów środowiskowych.

7 Zastrzeżenie patentowe 1. Urządzenie do rozdrabniania plastikowych pojemników i butelek, napędzane fotowoltaicznie, zapewniające przystosowanie poużytkowych opakowań i butelek plastikowych do współpracy z ciągami logistycznymi śmieci, odpadów, recyklingu znamienny tym, że posiada bębnowy, walcowocylindryczny otworowy wirnik w zespole rozdrabniania (1) współdziałający podczas quasi-ścinania w relacji: krawędź robocza - przeciwostrze walcowo-cylindrycznego otworowego stojana tego zespołu. 2. Urządzenie do rozdrabniania plastikowych pojemników i butelek, znamienny tym, że odległość wewnętrzna między ruchomym bębnem wewnętrznym i stałym zespołu rozdrabniania (1) może być zmieniana, zależnie od właściwości quasi-ścinanego, rozdrabnianego materiału, wywołując zmianę kontaktu krawędziowego otworów od liniowego do krzywoliniowego przestrzennego. Skrót opisu Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do rozdrabniania plastikowych pojemników i butelek napędzane fotowoltaicznie, nadające się również do rozdrabniania innych odpadów i opakowań z materiałów niejednorodnych, wielotworzywowych i biologicznych, zwłaszcza poeksploatacyjnych pojemników z tworzyw sztucznych (popularnie: plastiku) itp. Istota rozwiązania napędu, według wynalazku, polega na zaspokajaniu potrzeby przystosowanie poużytkowych opakowań i butelek plastikowych do współpracy z ciągami logistycznymi śmieci, odpadów i recyklingu, bez udziału urządzeń wartościowych, nie wymagających nakładów energii zewnętrznej z instalacji systemu energetycznego, nie energochłonnych, za pomocą ekologicznego, wyspowego, autonomicznego napędu fotowoltaicznego z akumulatorem i regulatorem parametrów roboczych i zmiennych (procesowych, sterowniczych, informacyjnych, logistycznych) inżynierii rozdrabniania. Istota rozwiązania rozdrabniania według wynalazku polega na tym, że urządzenie do quasi-ścinania bębnowego poużytkowych pojemników i butelek plastikowych stanowią: bębnowy wirnik - z małą liczbą otworów - osadzony na współosiowym wale, bębnowy stojan z jednym otworem lub małą liczba otworów, natomiast odległość krawędzi ostrza bębna wewnętrznego i zewnętrznego jest szczeliną roboczą mającą wpływ na stopień quasi-ścinania oraz inne charakterystyki użytkowe procesu. Zmienność zarysu tworzącej krawędzi otworu urządzenia, ze względu na zmienność średnicy na wysokości powoduje, że względna obwodowa prędkość liniowa, co do wartości, jest różna w parach dla sąsiednich otworów skrawających urządzenia bębnowego. Zastosowanie autonomicznego, samowystarczalnego energetycznie urządzenia w inżynierii quasiścinania, rozdrabniania poużytkowych pojemników i butelek plastikowych powoduje zwiększenie ekologiczności, efektywności ekonomicznej i energetycznej, zwiększenie wydajności procesów, a w dalszej konsekwencji rozwój, przystosowanie poużytkowych opakowań i butelek plastikowych do współpracy z ciągami logistycznymi śmieci, odpadów, recyklingu, ułatwienie wytwarzania, eksploatacji oraz monitorowania aspektów środowiskowych.

8 Złoty medal targów KIDE Kaohsiung International Invention & Design EXPO

9

10

11 - Gold Prize i-envex - International Engineering Invention & Innovation Exhibition - Gold Medal Award - Universiti Malaysia Perlis - Malezja