DE102015004986B4

DE102015004986B4 - Vorrichtung zur Durchführung wissenschaftlicher Versuche

Info

Publication number: DE102015004986B4
Application number: DE102015004986.0A
Authority: DE
Inventors: Patentinhaber gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2015-04-18
Filing date: 2015-04-18
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2035-04-19
Also published as: DE102015004986A1

Abstract

Vorrichtung zur Durchführung wissenschaftlicher Versuche, bei denen unterschiedliche feste und/oder flüssige und/oder gasförmige Stoffe jeweils separat oder miteinander gemischt einer Vorrichtung zugeführt und in dieser Vorrichtung wärmetechnisch behandelt werden, wobei die Vorrichtung mindestens zwei strömungstechnisch voneinander getrennte Baugruppen aufweist, in die jeweils mindestens einer der zu bearbeitenden Stoffe bzw. Stoffgemische eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein zylinderförmiges Rohr (1) mit stirnseitigen Begrenzungen, zwei thermoelektrische Isolierplatten (2) und eine Kammer (6) aufweist, wobei das Rohr (1) aus zwei halbkreisförmigen Segmenten (1a; 1b) gebildet wird, die an ihren Endabschnitten jeweils einen von der Kreiskontur radial nach außen verlaufenden Steg aufweisen, wobei die thermoelektrischen Isolierplatten (2) einander diametral gegenüberliegend zwischen den Stegen angeordnet sind und sich jeweils über die gesamte Höhe (H) des Rohres (1) erstrecken, wobei an den beiden Außenflächen der thermoelektrischen Isolierplatten (2), die von der Symmetrieachse (S) des zylinderförmigen Rohres (1) jeweils am weitesten entfernt sind, ein halbkreisbogenförmiges Segment (3) angeordnet ist, das sich über einen Umfang von 180° zwischen den zwei Isolierplatten (2) sowie über die gesamte Höhe (H) des Rohres (1) erstreckt, wobei das halbkreisbogenförmige Segment (3) am oberen und unteren Abschnitt jeweils eine sich rechtwinklig zur Rohrachse erstreckende kreisringförmige Abdeckung (4; 5) aufweist, wobei das halbkreisbogenförmige Segment (3) an den Stegen der beiden Segmente (1a; 1b) des Rohres (1) und an den Außenflächen der Isolierplatten (2) derart abgestützt ist, dass zwischen den zugeordneten Außenseiten der Stege, der durch diese Stege begrenzten Teilmantelfläche (M1) des zylinderförmigen Rohres (1), der Innenmantelfläche des halbkreisbogenförmigen Segmentes (3) und den am oberen und unteren Abschnitt des Segmentes (3) angeordneten kreisringförmigen Abdeckungen (4; 5) ein vollständig umschlossener Bauraum als Kammer (6) ausgestaltet wird, wobei die Kammer (6) an ihrer rechtwinklig zur Symmetrieachse (S) des zylinderförmigen Rohres (1) verlaufenden oberen und unteren Stirnfläche jeweils mindestens eine Öffnung (7; 8) aufweist und wobei an der nicht vom halbkreisbogenförmigen Segment (3) umschlossenen Teilmantelfläche (M2) des zylinderförmigen Rohres (1) ein Kanal (9) zum Innenraum des Rohres (1) ausgestaltet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von wissenschaftlichen Versuchen, bei denen unterschiedliche feste und/oder flüssige und/oder gasförmige Stoffe jeweils separat oder miteinander gemischt einer Vorrichtung zugeführt und in dieser Vorrichtung wärmetechnisch behandelt werden und wobei die Vorrichtung mindestens zwei strömungstechnisch voneinander getrennte Baugruppen aufweist, in die jeweils mindestens einer der zu bearbeitenden Stoffe bzw. Stoffgemische eingeleitet wird.
Für zahlreiche wissenschaftliche Untersuchungen sind gerätetechnische Voraussetzungen notwendig, um die Funktionsfähigkeit von zunächst theoretisch ermittelten Lösungsansätzen praktisch bewerten zu können. Eine diesbezüglich typische Anwendung ist die Aufbereitung von Wasser, aus dem in Abhängigkeit der vorher erfolgten bzw. nachfolgend beabsichtigten Verwendung beispielsweise feste Partikel oder radioaktive Komponenten detektiert und entfernt werden müssen. Hierfür sind bereits verschiedene technische Lösungen bekannt.
So beschreibt DE 10 2010 033 976 A1 eine für Forschungsaufgaben geeignete Anlage zur Aufbereitung von radioaktiv belastetem Salzwasser. Diese Anlage umfasst als wesentliche Baugruppen zwei nebeneinander stehende Hochdruckbehälter für die Aufnahme des zu behandelnden Wassers.
Ein ähnlicher Lösungsansatz, jedoch mit einer anderen konstruktiven Ausführung der beiden Hochdruckbehälter, ist aus DE 10 2013 003 225 A1 bekannt. Die Anlage umfasst zwei in einem Karbongehäuse ineinander verbaute Behälter, wobei einer dieser Behälter mit einem abschraubbaren Rohr mit Außengewinde am Karbongehäuse verklebt ist.
Diese Vorrichtungen sind zur Durchführung von wissenschaftlichen Versuchen geeignet, bei denen unterschiedliche Stoffe jeweils separat oder miteinander gemischt einer Vorrichtung zugeführt und in dieser behandelt werden. Dabei erfolgen vorzugsweise wärmetechnische Behandlungen, also ein Erwärmen und/oder ein Abkühlen. Damit gleichzeitig mehrere Stoffe bzw. Stoffgemische bearbeitet und untersucht werden können, weisen derartige Vorrichtungen mindestens zwei Baugruppen auf, die strömungstechnisch voneinander getrennt sind und in die jeweils einer der zu bearbeitenden Stoffe bzw. Stoffgemische eingeleitet wird.
Mit den oben benannten technischen Lösungen können nach teilweise anwenderbezogenen Modifizierungen primär theoretisch ermittelte Lösungsansätze zur Aufbereitung von Wasser auf ihre Praxistauglichkeit getestet werden. Somit ist für solche Untersuchungen bereits eine ausreichende Gerätetechnik verfügbar.
Hingegen besteht für andere wissenschaftliche Aufgaben weiterhin Entwicklungsbedarf an geeigneter Versuchstechnik. In diesem Zusammenhang sind beispielsweise Untersuchungen zur Bewertung von alternativen Energieressourcen zu nennen.
Diesbezüglich wird zum allgemeinen Stand der Technik auf das Lehrbuch von VAUCK und MÜLLER „Grundoperationen chemischer Verfahrenstechnik”, 8. Auflage, Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig 1989 verwiesen, das auf den Seiten 459 und 460 einen Mantelwärmeübertrager beschreibt, der von unten an einen Rührkessel angeflanscht ist.
Weiterhin beschreibt DE 37 14 509 A1 eine technische Lösung, aus der eine doppelwandige Wand mit Längsflansch für eine Schneckenpresse bekannt ist. Zwischen beiden Halbschalen wird eine Dichtung eingelegt, also eine thermisch und elektrisch isolierende Platte in Form eines rechteckigen Streifens.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine neue gerätetechnische Lösung zu schaffen, die Wissenschaftler für Untersuchungen nutzen können, um unterschiedliche feste und/oder flüssige und/oder gasförmige Stoffe unter Aspekten zu prüfen, wie eine effektive Erzeugung dieser Stoffe aus anderen Komponenten und/oder eine definierte Freisetzung dieser Stoffe aus bekannten Gemischen und/oder eine Nutzung dieser Stoffe separat oder in Kombination miteinander erreicht werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem die Vorrichtung ein zylinderförmiges Rohr mit stirnseitigen Begrenzungen, zwei thermoelektrische Isolierplatten und eine Kammer aufweist. Das Rohr wird aus zwei halbkreisförmigen Segmenten gebildet, die an ihren Endabschnitten jeweils einen von der Kreiskontur radial nach außen verlaufenden Steg aufweisen. Die Isolierplatten sind einander diametral gegenüberliegend zwischen den Stegen angeordnet und erstrecken sich jeweils über die gesamte Höhe des Rohres. An den beiden Außenflächen der Isolierplatten, die von der Symmetrieachse des Rohres jeweils am weitesten entfernt sind, ist ein halbkreisbogenförmiges Segment angeordnet, das sich über einen Umfang von 180° zwischen den zwei Isolierplatten sowie über die gesamte Höhe des Rohres erstreckt. Dieses Segment weist am oberen und unteren Abschnitt jeweils eine sich rechtwinklig zur Rohrachse erstreckende kreisringförmige Abdeckung auf. Das halbkreisbogenförmige Segment ist außerdem an den Stegen der beiden Segmente des Rohres und an den Außenflächen der Isolierplatten derart abgestützt, dass zwischen den zugeordneten Außenseiten der Stege, der durch diese Stege begrenzten Teilmantelfläche des Rohres, der Innenmantelfläche des halbkreisbogenförmigen Segmentes und den am oberen und unteren Abschnitt vom Segment angeordneten kreisringförmigen Abdeckungen ein vollständig umschlossener Bauraum als Kammer ausgestaltet wird. Diese Kammer weist an ihrer rechtwinklig zur Symmetrieachse des Rohres verlaufenden oberen und unteren Stirnfläche jeweils mindestens eine Öffnung auf. Außerdem ist an der nicht vom halbkreisbogenförmigen Segment umschlossenen Teilmantelfläche des Rohres ein Kanal zum Innenraum des Rohres ausgestaltet. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, deren technische Merkmale in einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.
Somit wird eine Vorrichtung verfügbar, die Wissenschaftler für Untersuchungen nutzen können, um unterschiedliche feste und/oder flüssige und/oder gasförmige Stoffe unter Aspekten zu prüfen, wie eine effektive Erzeugung dieser Stoffe aus anderen Komponenten und/oder eine definierte Freisetzung dieser Stoffe aus bekannten Gemischen und/oder eine Nutzung dieser Stoffe separat oder in Kombination miteinander erreicht werden kann.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung keine theoretischen Überlegungen zu einer Energie- oder ähnlichen Problematik erörtert werden. Gegenstand der Erfindung ist ausschließlich eine Vorrichtung, die ein Wissenschaftler für verschiedenartige Arbeiten nutzen kann, um die Eignung von an sich bekannten Stoffen bzw. Stoffgemischen für spezifische Anwendungen zu untersuchen. Die Erfindung betrifft folglich eine gerätetechnische Grundlage für spezifische Forschungen durch Wissenschaftler. Die mögliche Anwendungsvielfalt dieser Vorrichtung ist gegenwärtig nur bedingt einzuschätzen. Es ist allerdings davon auszugehen, dass die Vorrichtung auch für neuartige, bisher noch nicht relevante Untersuchungen nutzbar ist.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen, jeweils in Schnittdarstellung:
1 den grundsätzlichen Aufbau der Vorrichtung in Seitenansicht
2 die Vorrichtung gemäß 1 in Draufsicht
Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung ist zur Durchführung von wissenschaftlichen Versuchen konzipiert, bei denen unterschiedliche feste und/oder flüssige und/oder gasförmige Stoffe jeweils separat oder miteinander gemischt einer Vorrichtung zugeführt und in dieser Vorrichtung vorzugsweise wärmetechnisch behandelt werden. Hierfür weist diese Vorrichtung mindestens zwei strömungstechnisch voneinander getrennte Baugruppen auf, in die jeweils mindestens einer der zu bearbeitenden Stoffe/Stoffgemische eingeleitet wird.
Die Vorrichtung umfasst ein zylinderförmiges Rohr 1, das aus zwei halbkreisförmigen Segmenten 1a und 1b gebildet ist, die an ihren Endabschnitten jeweils einen von der Kreiskontur radial nach außen verlaufenden Steg aufweisen. Somit wird eine Kontur ähnlich einer überdimensionierten Rohrschelle geschaffen.
Weiterhin weist die Vorrichtung zwei thermoelektrische Isolierplatten 2 auf, die – wie aus der Bezeichnung hervorgeht – sowohl eine thermische als auch eine elektrische Isolation bewirken. Die Isolierplatten 2 sind einander diametral gegenüberliegend zwischen den radial nach außen verlaufenden Stegen des Rohres 1 angeordnet und erstrecken sich jeweils über die gesamte Höhe ”H” des Rohres 1.
An den Außenflächen der thermoelektrischen Isolierplatten 2, die von der Symmetrieachse ”S” des Rohres 1 jeweils am weitesten entfernt sind, ist ein halbkreisbogenförmiges Segment 3 angeordnet. Dieses Segment 3 erstreckt sich über einen Umfang von 180° zwischen den zwei Isolierplatten 2 sowie über die gesamte Höhe ”H” des Rohres 1. Weiterhin weist das halbkreisbogenförmige Segment 3 am oberen und unteren Abschnitt jeweils kreisringförmige Abdeckungen 4 bzw. 5 auf, die sich rechtwinklig zur Rohrachse erstrecken.
Das halbkreisbogenförmige Segment 3 ist an den radial nach außen verlaufenden Stegen der beiden Segmente 1a und 1b des zylinderförmigen Rohres 1 und an den Außenflächen der Isolierplatten 2 derart abgestützt, dass zwischen den zugeordneten Außenseiten der Stege, der durch die Stege begrenzten Teilmantelfläche ”M1” des Rohres 1, der Innenmantelfläche des halbkreisbogenförmigen Segmentes 3 und den am oberen und unteren Abschnitt des Segmentes 3 angeordneten kreisringförmigen Abdeckungen 4 und 5 ein umschlossener Bauraum ausgestaltet wird, der eine Kammer 6 bildet.
Die Kammer 6 weist an ihrer rechtwinklig zur Symmetrieachse ”S” des zylinderförmigen Rohres 1 verlaufenden oberen und unteren Stirnfläche jeweils mindestens eine Öffnung 7 bzw. 8 auf. Im gezeigten Beispiel sind oben zwei derartige Öffnungen 7 vorgesehen.
Weiterhin ist an einer Teilmantelfläche ”M2” des zylinderförmigen Rohres 1, also an dem nicht vom halbkreisbogenförmigen Segment 3 umschlossenen Abschnitt gegenüber der Teilmantelfläche ”M1”, ein Kanal 9 zum Innenraum des Rohres 1 ausgestaltet. Dieser Kanal 9 verläuft ausgehend von seiner Eintrittsöffnung außerhalb vom Rohr 1 leicht schräg nach oben zu seiner Austrittsöffnung innerhalb des Rohres 1.
Vorzugsweise sind die radial nach außen verlaufenden Stege der Rohrsegmente 1a und 1b mit den thermoelektrischen Isolierplatten 2 und mit dem halbkreisbogenförmigen Segment 3 mittels Schrauben 10a und 10b miteinander verbunden. Dabei ergibt sich eine besonders hochbelastbare Verbindung, sofern an jedem Verbindungsbereich von Rohr 1, Isolierplatte 2 und Segment 3 jeweils eine erste Schraube 10a durch eine Außenseite eines Steges am Rohr 1 in die Isolierplatte 2 und eine zweite Schraube 10b rechtwinklig hierzu durch die Außenseite des Segmentes 3 ebenfalls in die Isolierplatte 2 geschraubt wird.
Alternativ oder auch zusätzlich zu einer Schraubverbindung können die radial nach außen verlaufenden Stege der Rohrsegmente 1a und 1b mit den thermoelektrischen Isolierplatten 2 verklebt werden.
Neben derartigen Ausgestaltungen sind in Abhängigkeit der konkreten Einsatzerfordernisse weitere Modifizierungen möglich. So kann das zylinderförmige Rohr 1 beispielsweise an der unteren und an der oberen Stirnseite oder auch lediglich an der oberen Stirnseite offen ausgestaltet werden. Dabei sind anstelle permanent offener Flächen auch geschlossene Flächen mit integrierten Ventilen oder dergleichen möglich.
Die konkreten Einsatzerfordernisse können auch ein Kriterium dafür darstellen, aus welchem Werkstoff eine erfindungsgemäße Vorrichtung hergestellt wird. Unter Beachtung der üblichen Einsatzbedingungen im Forschungsbetrieb werden das zylinderförmige Rohr 1, das halbkreisbogenförmige Segment 3 und die Abdeckungen 4 und 5 vorzugsweise aus Metall oder Glas gefertigt.
Sofern die beschriebene Vorrichtung für wissenschaftliche Versuche verwendet wird, könnte der Kammer 6 über die zwei oberen Öffnungen 7 beispielsweise Wasserstoff und Sauerstoff zugeführt werden. Gleichzeitig könnte der Innenraum des zylinderförmigen Rohres 1 über den Kanal 9 mit einem Heliumgemisch oder auch lediglich mit Druckluft gefüllt werden. Die Einströmrichtung eines derartigen Mediums ist in 2 mit einem Pfeil stilisiert. Gleichzeitig oder alternativ ist eine Erwärmung bzw. Abkühlung der in der Vorrichtung befindlichen Stoffe bzw. Stoffgemische durch zusätzliche Gerätetechnik oder durch von den bereits eingeleiteten Stoffen bzw. Stoffgemischen bewirkte chemische Reaktionen möglich. In der Folge können Reaktionsprodukte durch die untere Öffnung 8 der Kammer 6 oder aus dem Rohr 1 frei ausströmen bzw. gezielt entnommen werden, wobei ein solcher chemischer Prozess – wie bereits dargelegt – nicht Bestandteil der Erfindung ist und lediglich als eine Anregung zur vielfältigen Nutzung der Vorrichtung zu verstehen ist.
Bezugszeichenliste

1: zylinderförmiges Rohr
la: erstes Rohrsegment
1b: zweites Rohrsegment
2: thermoelektrische Isolierplatte
3: halbkreisbogenförmiges Segment
4: kreisringförmige Abdeckung (oben) am Segment
5: kreisringförmige Abdeckung (unten) am Segment
6: Kammer
7: Öffnung (oben) in Kammer
8: Öffnung (unten) in Kammer
9: Kanal
10a: erste Schraube
10b: zweite Schraube
H: Höhe des Rohres
S: Symmetrieachse des Rohres
M1: Teilmantelfläche ”innen” am Rohr
M2: Teilmantelfläche ”außen” am Rohr

Claims

Vorrichtung zur Durchführung wissenschaftlicher Versuche, bei denen unterschiedliche feste und/oder flüssige und/oder gasförmige Stoffe jeweils separat oder miteinander gemischt einer Vorrichtung zugeführt und in dieser Vorrichtung wärmetechnisch behandelt werden, wobei die Vorrichtung mindestens zwei strömungstechnisch voneinander getrennte Baugruppen aufweist, in die jeweils mindestens einer der zu bearbeitenden Stoffe bzw. Stoffgemische eingeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein zylinderförmiges Rohr (1) mit stirnseitigen Begrenzungen, zwei thermoelektrische Isolierplatten (2) und eine Kammer (6) aufweist, wobei das Rohr (1) aus zwei halbkreisförmigen Segmenten (1a; 1b) gebildet wird, die an ihren Endabschnitten jeweils einen von der Kreiskontur radial nach außen verlaufenden Steg aufweisen, wobei die thermoelektrischen Isolierplatten (2) einander diametral gegenüberliegend zwischen den Stegen angeordnet sind und sich jeweils über die gesamte Höhe (H) des Rohres (1) erstrecken, wobei an den beiden Außenflächen der thermoelektrischen Isolierplatten (2), die von der Symmetrieachse (S) des zylinderförmigen Rohres (1) jeweils am weitesten entfernt sind, ein halbkreisbogenförmiges Segment (3) angeordnet ist, das sich über einen Umfang von 180° zwischen den zwei Isolierplatten (2) sowie über die gesamte Höhe (H) des Rohres (1) erstreckt, wobei das halbkreisbogenförmige Segment (3) am oberen und unteren Abschnitt jeweils eine sich rechtwinklig zur Rohrachse erstreckende kreisringförmige Abdeckung (4; 5) aufweist, wobei das halbkreisbogenförmige Segment (3) an den Stegen der beiden Segmente (1a; 1b) des Rohres (1) und an den Außenflächen der Isolierplatten (2) derart abgestützt ist, dass zwischen den zugeordneten Außenseiten der Stege, der durch diese Stege begrenzten Teilmantelfläche (M1) des zylinderförmigen Rohres (1), der Innenmantelfläche des halbkreisbogenförmigen Segmentes (3) und den am oberen und unteren Abschnitt des Segmentes (3) angeordneten kreisringförmigen Abdeckungen (4; 5) ein vollständig umschlossener Bauraum als Kammer (6) ausgestaltet wird, wobei die Kammer (6) an ihrer rechtwinklig zur Symmetrieachse (S) des zylinderförmigen Rohres (1) verlaufenden oberen und unteren Stirnfläche jeweils mindestens eine Öffnung (7; 8) aufweist und wobei an der nicht vom halbkreisbogenförmigen Segment (3) umschlossenen Teilmantelfläche (M2) des zylinderförmigen Rohres (1) ein Kanal (9) zum Innenraum des Rohres (1) ausgestaltet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die radial nach außen verlaufenden Stege der zylinderförmigen Rohrsegmente (1a; 1b) mit den thermoelektrischen Isolierplatten (2) und mit dem halbkreisbogenförmigen Segment (3) mittels Schrauben (10a; 10b) miteinander verbunden sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Verbindungsbereich von Rohrsegment (1a; 1b), Isolierplatte (2) und Segment (3) jeweils eine erste Schraube (10a) durch eine Außenseite eines Steges am Rohrsegment (1a; 1b) in die Isolierplatte (2) und eine zweite Schraube (10b) rechtwinklig hierzu durch die Außenseite des Segmentes (3) ebenfalls in die Isolierplatte (2) geschraubt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zylinderförmigen Rohrsegmente (1a; 1b) mit den thermoelektrischen Isolierplatten (2) verklebt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kanal (9) des zylinderförmigen Rohres (1) ausgehend von der außerhalb vom Rohr (1) angeordneten Eintrittsöffnung in Richtung der innerhalb vom Rohr (1) angeordneten Austrittsöffnung leicht schräg nach oben verlaufend angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zylinderförmige Rohr (1) und/oder das halbkreisbogenförmige Segment (3) mit den zwei kreisringförmigen Abdeckungen (4; 5) aus Metall ausgestaltet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zylinderförmige Rohr (1) und/oder das halbkreisbogenförmige Segment (3) mit den zwei kreisringförmigen Abdeckungen (4; 5) aus Glas ausgestaltet sind.