DE1299209B

DE1299209B - Vorrichtung zum elektrohydraulischen Zerkleinern

Info

Publication number: DE1299209B
Application number: DEU11420A
Authority: DE
Inventors: Maroudas Nicholas George
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1964-02-06
Filing date: 1965-02-05
Publication date: 1969-07-10
Also published as: NL6501438A; BE659375A; GB1021786A; US3352503A; FR1423592A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen zum wird, die in der Größenordnung von 1 Mikroelektrohydraulischen Zerkleinern mit in einem Be- Sekunde liegt, und daß vorzugsweise mindestens hälter vorgesehenem Funkenentladespalt, der durch 85% der Energie im Kondensator in 0,5 Mikroein Elektrodenpaar gebildet ist, welches in ein in Sekunden entladen werden sollten. Diese Bedingungen dem Behälter befindliches, das Mahlgut enthaltendes 5 werden hinreichend erfüllt, wenn T in der Größenflüssiges Medium eingetaucht und über eine Zünd- Ordnung von 0,5 Mikrosekunden liegt. Die Zeit funkenstrecke (Gasentladespalt) mit den sich gegen- für die Spitzenleistung steht in Beziehung zu T und überliegenden Platten von mindestens einem an eine würde in einem solchen Fall in der Größenordnung Hochspannungsquelle angeschlossenen Kondensator von 0,15 Mikrosekunden liegen, verbunden ist. 10 Eine Untersuchung der obigen Gleichungen zeigt,

Die Wirksamkeit der Verfahrenstechniken in bezug daß, um eine sehr kurze Entladezeit zu erreichen, es auf das Zerkleinern ist abhängig von zwei Haupt- notwendig ist, niedrige Induktivitäten und Kapazitäfaktoren, nämlich dem Nutzeffekt der Umwandlung ten zu verwenden, daß jedoch andererseits, um eine eines elektrischen Impulses in einen Druckimpuls hohe Leistung zu erzielen, es notwendig ist, relativ und dem Zerkleinerungsgrad. Um den Gesamt- 15 hohe Kapazitäten und Spannungen zu verwenden. Wirkungsgrad der Verfahrenstechnik zu erhöhen, Somit ist die Entladezeit abhängig von dem Produkt der zur Zeit geringer ist als bei herkömmlichen aus Induktivität und Kapazität, während für eine Methoden, ist es notwendig, entweder den erst- gegebene Spannung die Leistung von der Quadratgenannten Nutzeffekt oder den Zerkleinerungsgrad wurzel des Verhältnisses von Kapazität zu Induktivizu erhöhen. 20 tat abhängig ist. Es folgt daraus, daß, wenn der

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Wirkungsgrad verbessert werden soll, es unumgäng-Vorrichtung zu schaffen, durch welche der Gesamt- lieh ist, einen Stromkreis von sehr geringer Induktiviwirkungsgrad bei der elektrohydraulischen Zer- tat zu verwenden.

kleinerung erhöht wird. Dies wird erfindungsgemäß Bei einem solch niedrigen Wert der Induktivität

in erster Linie dadurch erreicht, daß die eine der 25 wird ein praktischer Wert der Kapazität in der beiden den Funkenentladespalt bestimmenden Elek- Größenordnung von 0,1 Mikrofarad liegen, was troden gegenüber dem Behälter elektrisch isoliert einen Wert für T von 0,5 Mikrosekunden ergibt, ist, während die andere Elektrode elektrisch un- Dies ergibt einen Wert für R von 1 Ohm, und ein mittelbar mit dem Behälter verbunden ist, der seiner- Wert in einer solchen Größenordnung kann in der seits unmittelbar mit einer Platte des Kondensators 30 Praxis erzielt werden.

in Verbindung steht, wobei der Stromkreis, der In der Praxis hat sich herausgestellt, daß es einen

die beiden Entladespalte und den Kondensator unteren Grenzwert für die Kapazität gibt, der in aufweist, eine Induktivität (Z-) von nicht mehr als dem Bestreben eingesetzt werden kann, die Funken-0,1 μΗ (Mikrohenry) und der Kondensator eine entladezeit zu vermindern, da erstens eine sehr gesolche Kapazität (z. B. von etwa 0,1 μΡ) hat, daß 35 ringe Kapazität nicht in der Lage sein würde, gedessen Energie in einer Zeit (T) von nicht mehr als nügend Energie zu speichern, um das flüssige Meetwa 1 lis_ (Mikrosekunde) entladen wird, wobei dium zu durchschlagen, und zweitens der optimale T = 5 ^LC ist. Spaltwiderstand weiter erhöht werden wird.

Vorzugsweise werden mindestens 85% der im Somit unterscheidet sich das Gerät gemäß der

Kondensator gespeicherten Energie in einer Zeit von 40 Erfindung in seinen wesentlichen Teilen nicht 0,5 Mikrosekunden entladen. von den in der Technik üblichen, unterscheidet

Für eine herkömmliche Schaltung sind die opti- sich jedoch grundsätzlich in den elektrischen Werten malen Parameter gegeben durch der durch diese Teile gebildeten Schaltung und

beruht in einem ihrer Aspekte auf einer neuen räum-

ß _ /^A X /j\ 45 liehen Anordnung der herkömmlichen Teile, um

V CJ 2 ' dadurch die niedrigen Werte der Induktanz mit der

daraus folgenden kurzen Funkenentladezeit zu er-

worin R der mittlere Widerstand (in Ohm) des reichen. Darüber hinaus unterscheidet sich die Flüssigkeitsspaltes während der Entladung ist, L die Erfindung im detaillierten Aufbau von bekannten Induktanz bzw. Induktivität in Mikrohenry und C 50 Ausführungsformen, die Kapazität in Mikrofarad ist. Die Erfindung wird nunmehr an Hand der sie

Die Spitzenleistung der Funkenentladung ist ge- beispielsweise wiedergebenden Zeichnung ausführgeben durch licher beschrieben, die einen schematischen Schnitt

durch eine Vorrichtung zum elektrohydraulischen _n-_F^₂ /C\ \_ 55 Zerkleinern zeigt.

R \LJ 2 ' Nach der Zeichnung weist die Zerkleinerungs

kammer ein Messingrohr als Gehäuse 1 auf, das mit

worin P die Leistung in Megawatt und V die Span- einer Innenauskleidung 2 aus einem geeigneten nung in Kilovolt ist. Isoliermaterial, ζ. Β. Polyäthylen, versehen ist.

Die Dauer des Impulses ist annähernd 60 Unterhalb der Auskleidung 2 ist das Rohr 1 mit

_T _ \γγ τ _r ci\ einem Sieb 3 versehen, und Wasser wird aufwärts

- ρ LL·, pj _{durch das Rohr} j _{in Richtung des} pfe_ües ^ _hin.

worin T die Gesamtdauer des Impulses in Mikro- durchgeleitet. Es versteht sich, daß die Wirkung

Sekunden ist. dieser Aufwärtsströmung von Wasser darin besteht,

Es hat sich herausgestellt, daß der Wirkungsgrad ⁶5 aus dem in der Zeichnung dargestellten Teilstück

beträchtlich verbessert wird, wenn im wesentlichen des Rohres alles zerkleinerte Material herauszu-

die gesamte Energie, die im Kondensator gespeichert spülen, welches unter eine bestimmte Abmessung

ist, über den Funkenladespalt in einer Zeit entladen reduziert worden ist, die abhängig ist von der

spezifischen Schwerkraft bzw. Dichte des Materials und der Strömungsgeschwindigkeit, des zugeführten Wassers.

Eine erste Elektrode 4 ist im Rohr 1 vorgesehen und besteht aus einem mit Schraubengewinde versehen Bauteil, der mit einer Gewindebohrung im Rohr 1 sitzt, und zwar so, daß die Elektrode radial in das Rohr durch die Isolierauskleidung 2 hindurch eindringt. Das Außenende der Elektrode 4 ist mit einem Rändelknopf 5 versehen, damit die radiale Lage der Elektrode eingestellt werden kann.

Das Rohr 1 ist mit einer radialen rohrförmigen Verlängerung 6 diametral gegenüber der Elektrode 4 versehen, und am äußeren Ende trägt diese Verlängerung 6 eine flache Messingplatte 7. Die Messingplatte 7 bildet die eine Platte des Kondensators, und die Teile 1, 6 und 7 sind elektrisch untereinander verbunden und liegen an Erde, so daß die Elektrode 4 die geerdete Elektrode ist. Es muß als wesentlich hervorgehoben werden, daß diese Anordnung eine Mindestinduktivität im Stromkreis bzw. in der Schaltung gewährleistet und daß, wenn beispielsweise die Elektrode 4 mit der Platte 7 mittels einer Schleife oder einem Verbindungsstreifen aus einem leitenden Material, wie beispielsweise Kupfer, verbunden wäre, die Vergrößerung der Induktivität solcher Art wäre, daß das Gerät nicht innerhalb des Bereichs des vorliegenden Gegenstands der Erfindung läge.

Die Verlängerung 6 ist ebenfalls mit einem Isoliermaterial 8 ausgekleidet, und ein Steg 9 aus Isoliermaterial schließt, wie aus der Zeichnung hervorgeht, das dem Rohr 1 benachbarte Ende der Verlängerung 6 ab, wobei dieser Steg eine zweite Elektrode 10 trägt, die du>ch ihn hindurch in das Rohr 1 eindringt und einen kalbkugelförmigen Kopf 11 hat, der sich innerhalb der Verlängerung 6 befindet.

Eine flache runde Platte 12 aus Isoliermaterial ist in der Nähe der vom Rohr 1 abgewandten Fläche der Platte 7 angeordnet, und eine weitere runde Platte aus Messing 13 ist auf der freien Fläche der Platte 12 aufgebracht, um die andere Platte des Kondensators zu bilden, wobei die Platte 13 mit einer Hochspannungsquelle verbunden werden kann. Die Platte 13 ist mit einem mittig angeordneten Gewindeloch versehen, in welchem ein mit Gewinde versehenes Rohr 14 sitzt, das axial in die Verlängerung 6 hineinragt und einen halbkugelförmigen Kopf 15 aufweist. Gas kann in die Verlängerung 6 über die Bohrung 16 des Rohres 14 eingelassen¹50 werden, und das Rohr 14 mit seinem Kopf 15 ist, wie aus der Zeichnung hervorgeht, elektrisch mit der Platte 13 des Kondensators verbunden, so daß die Köpfe 11 und 15 einen Gasentladespalt für die Zündung bilden. Der Gasdruck am Gasentladespalt kann mittels der Bohrung 16 eingeregelt werden.

Die Betriebsweise der Vorrichtung ist äußerst einfach, und es versteht sich, daß bei Aufdrehen der Wasserströmung, wenn die Platte 13 auf eine hohe Spannung mittels eines zwischen diese und die geerdete Platte 7 geschalteten Generators aufgeladen wird, eine Gasentladung zwischen den Köpfe» 11 und 15 erfolgt und eine Wasserentladung zwischen den Elektroden 4 und 10 stattfindet, die intensive Stoßwellen innerhalb des Rohres 1 erzeugt, um das Zerkleinern von darin befindlichem Material zu bewirken, welches durch den Wasserstrom weggespült wird.

Wenn es erwünscht ist, Material so zu zerkleinern, daß sich ein relativ feines Produkt aus einem relativ groben Ausgangsmaterial ergibt, kann es zweckmäßig sein, verschiedene Stufen des Zerkleinerns vorzusehen. Dies kann leicht dadurch geschehen, daß man mehrere Zerkleinerungskammern hintereinanderschaltet, so daß das in der in der Zeichnung dargestellten Kammer zerkleinerte Material infolge der Wasserströmung nach oben gelangt, um in eine zweite Kammer zu gelangen, die sich oberhalb der ersten befindet, wo dann die Partikelgröße des Materials noch weiter reduziert wird.

Wegen des Wirkungsgrades kann es auch erwünscht oder zweckmäßig sein, eine Zerkleinerungskammer in Form eines Ringraumes vorzusehen, wobei es in diesem Fall zweckmäßig ist, eine Vielzahl von untereinander verbundenen geerdeten Elektroden vorzusehen, die sich radial von der Innenwand des Ringraumes her erstrecken, mit einer Vielzahl von getrennt erregten Elektroden, die sich nach innen von der Außenwand des Ringraumes aus erstrecken. Diese Anordnung kann auch bei der oben beschriebenen Hintereinanderschaltung verwendet werden, um einen schraubenförmigen Aufbau zu erhalten.

Mit Spannungen zwischen 7 und 8OkV wird ein zufriedenstellendes Zerkleinern erzielt, wobei die Spaltlänge 1 bis 2 cm beträgt, bei einem Widerstand, der in der durch die Gleichung (1) gegebenen Größenordnung liegt.

Bei einem Versuch mit der in der Zeichnung dargestellten Vorrichtung, welche jedoch in der Weise abgeändert war, daß zehn Kondensatoren mit einer Kapazität von je 0,005 μΡ zwischen den Platten 7 und 13 angeordnet wurden, wobei die Isolation einen Innendurchmesser von 5,6 cm hatte, wurde ein Funkenentladespalt von 12 mm verwendet. Die Kondensatoren wurden auf 38 kV aufgeladen, um eine Entladefolge von 30 pro Minute zu erzeugen. Die Zerkleinerungskammer wurde mit 250 g Kies in der Größe von etwa 10 mm beschickt, und die Wasserströmung betrug 8,5 l/min, so daß körniges Material, welches auf eine Abmessung von weniger als etwa 300 Mikron zerkleinert wurde, aus der Zerkleinerungskammer ausgewaschen wurde. Die mittlere Menge von verschiedenen Durchgängen er^ab 95 g zerkleinertes Material bei 750 Funkenentladungen (25 Minuten), was einem Energieverbrauch (auf Grund der Kondensatoren) von 39,5 kWh/te für das Zerkleinern von körnigem Material in der Größe von etwa 10 mm auf eine Größe von weniger als 300 Mikron entspricht.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum elektrohydraulischen Zerkleinern mit in einem Behälter vorgesehenem Funkenentladespalt, der durch ein Elektrodenpaar gebildet ist, welches in ein in dem Behälter befindliches, das Mahlgut enthaltendes flüssiges Medium eingetaucht und über eine Zündfunkenstrecke (Gasentladespalt) mit den sich gegenüberliegenden Platten von mindestens einem an eine Hochspannungsquelle angeschlossenen Kondensator verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die eine (10) der beiden den Funkenentladespalt bestimmenden Elektroden (4, 10) gegenüber dem Behälter (1) elektrisch isoliert ist, während die andere Elektrode (4)

elektrisch unmittelbar mit dem Behälter (1) verbunden ist, der seinerseits unmittelbar mit einer Platte (7) des Kondensators in Verbindung steht, wobei der Stromkreis, der die beiden Entladespalte und den Kondensator aufweist, eine Induktivität (Z.) von nicht mehr als 0,1 μΗ (Mikrohenry) und der Kondensator eine solche Kapazität (z. B. von etwa 0,1 μΡ) hat, daß dessen Energie in einer Zeit (T) von nicht mehr als etwa 1 μβ (Mikrosekunde) entladen wird, wobei T= S)¹LC ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 85% der Energie des Kondensators in einer Zeit von 0,5 Mikrosekunden entladen werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (1) mit der einen Platte (7) des Kondensators einstückig ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die unmittelbare Verbindung zwischen dem Behälter (1) und der einen Platte (7) des Kondensators aus einem metallischen Rohr (6) besteht, welches ein den Gasentladespalt bildendes Elektrodenpaar (11, 15) umgibt und gegenüber diesem isoliert ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter als ein von einer Flüssigkeit durchströmtes Rohr (1) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (1) senkrecht angeordnet ist und ein unter der eigentlichen Zerkleinerungskammer vorgesehenes Sieb (3) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6. dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Rohre (1) hintereinandergeschaltet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen