CH430291A - Verfahren und Vorrichtung zur Bestrahlung einer Flüssigkeit mittels Schall- oder Ultraschallwellen - Google Patents

Description

  
 



  Verfahren und Vorrichtung zur Bestrahlung einer Flüssigkeit mittels Schall- oder Ultraschallwellen
Es ist bekannt, mit Schall- oder Ultraschallwellen auf Flüssigkeiten einzuwirken, um z. B. die Bildung von Emulsionen zu unterstützen, die Oberfläche von in die Flüssigkeit eingelegten festen Körpern zu reinigen, zu entrosten, zu passivieren oder auch zu sterilisieren.



  Es hat sich gezeigt, dass die Schalleitfähigkeit der zu obigen Zwecken benützbaren Flüssigkeiten temperaturabhängig ist und eine optimale Schallwirkung nur wenige Centigrade unter der Siedetemperatur erreicht wird.



   Meistens wird die Schallenergie in offene Flüssigkeitsbäder eingestrahlt. Da sich beim Beschallen von Flüssigkeit an den Knotenpunktstellen der Schallwellen   Luft- oder    Gasbläschen sammeln und schädliche Reflexionen der Wellen verursachen, hat man die Flüssigkeit auch schon vor oder während der Beschallung im geschlossenen Raum einem Unterdruck ausgesetzt, um ihr Luft oder Gas zu entziehen. Dabei ist aber nebst dem apparatemässigen Aufwand auch die Herabsetzung des Siedepunktes der Flüssigkeit nachteilig, da dieser oft schon beim offenen Bad zu tief liegt, um eine erwünschte Lösung oder chemische Wirkung herbeizuführen.



   Der Wirkungsgrad der Beschallung von Flüssigkeit nimmt bei Verminderung der Oberflächenspannung zu, was sich bei Zimmertemperatur z. B. durch Entspannungsmittel in Wasser herbeiführen lässt. Bei ausreichend starkem Beschallen der Flüssigkeit tritt  Kaltsieden  auf, bei welchem Oberflächenvorgang feinste Tröpfchen aus der Flüssigkeitsoberfläche geschleudert werden und darüber einen Nebel bilden, der aber sofort verschwindet, wenn die Beschallung aufhört. Selbst wenn die Flüssigkeit im offenen Gefäss bis knapp unter ihren Siedepunkt erwärmt und die Beschallung derselben fortgesetzt wird, handelt es sich noch immer um das Kaltsieden, welcher Effekt infolge der nahe dem Siedepunkt erheblich verminderten Oberflächenspannung derart verstärkt ist, dass die Flüssigkeitsoberfläche das Bild lebhaften Siedens bietet.

   Der   Schallstrahlungsdruck    über der Oberfläche erreicht dabei messbare Werte.



  Wird die Flüssigkeit jedoch auf ihren Siedepunkt erhitzt, so wird sie infolge echten Siedens mit Dampfblasen durchsetzt, wodurch die Fortpflanzung der   Schall- bzw.    Ultraschallwellen äusserst gestört wird und die Beschallungswirkung praktisch verschwindet.



   Im geschlossenen isothermen Raum ist ein Sieden der Flüssigkeit nicht möglich. Wird in die Flüssigkeit Schall eingestrahlt und diese gleichzeitig erwärmt, so tritt Kaltsieden ein, wobei sich der Schalldruck und die Dampfspannung addieren. Je nach den Erfordernissen kann die Flüssigkeitstemperatur über die normale Siedetemperatur (bei 1 ata) hinaus erhöht werden, bis erwünschte Lösungswirkungen oder andere Vorgänge in optimaler Weise erzielbar sind.



   Die Erfindung betrifft nun ein Verfahren zur Bestrahlung einer Flüssigkeit in einem dicht schliessbaren Raum mittels Schall- oder Ultraschallwellen, insbesondere zum Steigern der Einwirkung dieser Flüssigkeit auf darin eingelegtes Behandlungsgut, und begegnet den   an-    geführten Nachteilen dadurch, dass die Flüssigkeit einem Überdruck ausgesetzt und knapp unterhalb ihres dadurch erhöhten Siedepunktes bestrahlt und alsdann der Überdruck beseitigt wird.



   Die Erfindung bezieht sich auch auf die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, von welcher die beiliegende Zeichnung schematisch ein Ausführungsbeispiel im Vertikalschnitt zeigt und anhand welcher das Verfahren anschliessend beispielsweise näher erläutert wird.



   Die veranschaulichte Vorrichtung dient beispielsweise dazu, Schellackstücke, in welche Saphirsteine zu Bearbeitungszwecken eingebettet worden sind, in einem Lösungsmittel, z. B.   10 % ige    Natronlauge, aufzulösen.



  In einem druckfesten Behälter 1, der mittels eines Dekkels 2 dicht verschliessbar ist befindet sich das Lösungsmittel 3 und in dem von diesem eingenommenen Raum 4 eine vorzugsweise thermostatische regulierbare elektrische Heizung 5, welche ringförmig entlang der Behälterseitenwand angeordnet ist. An der Unterseite des Behälterbodens 6 ist ein zum Heizring 5 zentrisch ange  ordneter Schallgeber 7, z. B. ein   magnetostriktiver      Nik    kelschwingkörper, zu durch die Heizung unbehinderter Einstrahlung von Schallwellen in die Flüssigkeit 3 angebracht. Vom Deckel 2 aus ist ein Einlagekorb 8 zur Aufnahme von Behandlungsgut 9 in die Flüssigkeit gehängt, welcher mittels seiner Aufhängung 10 auf und ab bewegt werden kann.

   Am Behälterboden 6 ist ein Ablassventil 11 zur Entleerung des Behälters, seitlich am Behälter 1 sind ein Einlassventil 12 und ein Auslassventil 13 und am Deckel 2 ein mit einem Sicherheitsventil kombinierter Druckregler 14 angeordnet. Im Dampfraum 15 befindet sich eine Kühlschlange 16.



   Nachdem das Lösungsmittel 3 und im Korb 8 das Behandlungsgut 9 in den Behälter 1 gegeben worden sind, wird die Heizung 5 eingeschaltet. Schon jetzt kann man den Deckel 2 druckdicht aufsetzen und mittels des Schallgebers 7 Schallwellen in die Flüssigkeit einstrahlen, die sich ohne Behinderung durch den Ringkörper der Heizung 5 fortpflanzen können. Dabei bilden sich in der Flüssigkeit die bekannten Kavitations äste aus, die beim Anstieg von Temperatur und Druck ihre Struktur ändern. Bei Erreichen der Temperatur für optimale Schalleitfähigkeit kann infolge der in der Flüssigkeit miteingeschlossenen Luft nur eine optimale Pseudokavitation erzielt werden, was z. B. zum Sterilisieren von Geräten ausreichen würde, jedoch im vorliegenden Fall nicht erwünscht ist.

   Der Druckregler 14 ist daher so eingestellt, dass er erst schliesst, wenn die Dampferzeugung einen geringen   Überdruck    ergibt.



  Bis zu diesem Augenblick ist die Flüssigkeit thermisch und infolge der Beschallung ausreichend entgast worden.



  Der nun bei geschlossenem Druckregler zunehmende Überdruck wird nur durch die Dampferzeugung und den Schalldruck bewirkt. Anstelle von Pseudokavitation tritt nun in der Flüssigkeit infolge der Schallwellen echte Kavitation auf.



   Bei Erreichen einer für den Auflösungsprozess günstigen Temperatur, bei 10 % iger Natronlauge zur   Aufiö-    sung von Schellack etwa   1200 C,    wird die Heizung thermostatisch ausgeschaltet. Der adiabatische Vorgang der Schallausbreitung in der Flüssigkeit 3 wirkt den Wärmeabstrahlungsverlusten des Behälters entgegen.



  Dieser Zustand lässt sich längere Zeit aufrechterhalten, doch kann bei absinkender Temperatur durch die Heizung 5 erneut Wärme zugeführt werden.



   Mit dem beschriebenen Verfahren gehen die Schellackstücke des in die Flüssigkeit eingebrachten   Behand'    lungsgutes 9 in wesentlich kürzerer Zeit in Lösung als mit den bisher gebräuchlichen Verfahren.



   Um zum Absenken des Überdruckes auf Atmosphärendruck nach durchgeführter Behandlung keine Lö  sungsinitteldämpfe    ablassen oder eine langdauernde, äu ssere Kühlung durchführen zu müssen, kann durch das Ventil 12 Kühlflüssigkeit eingespritzt werden (im vorliegenden Beispiel Wasser in die ohnehin gesättigte Lauge). Es kann aber auch Kühlmedium durch die Kühlschlange 16 geleitet werden, um den Dampf zur Kondensation zu bringen. Zuvor wird der Korb mit dem darin verbleibenden Behandlungsgut in den Dampfraum
15 hochgezogen, so dass das daran abfliessende Dampfkondensat das Behandlungsgut reinigt.



   Nach Erreichen des athmosphärischen Drucks im Behälter 1 wird das Ventil 13 geöffnet, um durchzuspülen. Zweckmässig lässt man den Schallgeber 7 während des Spülvorganges weiterhin Schallwellen einstrahlen.



   Es ist auch möglich, einen Flüssigkeitskreislauf herzustellen, indem die Ventile 12 und 13 oder 11 und 12 durch Leitungen mit einer Umwälzpumpe und einem Reservoir verbunden sind. In eine dieser Leitungen kann eine Filtrieranlage eingebaut sein.   

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Bestrahlung einer Flüssigkeit in einem dicht schliessbaren Raum mittels Schall- oder Ultraschallwellen, insbeondere zum Steigern der Einwirkung dieser Flüssigkeit auf darin eingelegtes Behandlungsgut, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit einem Überdruck ausgesetzt und knapp unterhalb ihres dadurch erhöhten Siedepunktes bestrahlt und alsdann der Überdruck beseitigt wird.

   II. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der dicht schliessbare Flüssigkeitsbehälter mit Mitteln zum Ein- oder Durchleiten von Kühlflüssigkeit versehen ist, um den Überdruck zu beseitigen.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck durch die Dampfspannung der Flüssigkeit und den Schalldruck im dichtgeschlossenen Raum erzeugt wird.

   2. Verfahren nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschallung der Flüssigkeit schon während des Aufheizens bei Atmosphärendruck erfolgt.

   3. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck durch Einspritzung von Kühlflüssigkeit in den geschlossenen Raum auf Atmosphärendruck herabgesetzt wird.

   4. Verfahren nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Überdruck durch Kühlung des Dampfraumes mittels einer Kühlschlange auf Atmosphärendruck herabgesetzt wird.

   5. Vorrichtung nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass im dicht schliessbaren Flüssigkeitsbehälter eine Heizung ringförmig um den Flüssigkeitsbereich herum angeordnet ist, in welchen von einem dazu zentrisch angeordneten Schallgeber Schall- oder Ultraschallwellen einstrahlbar sind.