DE202011004177U1

DE202011004177U1 - Vorrichtung zur elektrischen Desintegration

Info

Publication number: DE202011004177U1
Application number: DE202011004177U
Authority: DE
Original assignee: Hugo Vogelsang Maschinenbau GmbH
Current assignee: Hugo Vogelsang Maschinenbau GmbH
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2012-06-25
Anticipated expiration: 2021-03-19

Abstract

Vorrichtung (1) zur elektrischen Desintegration von Zellverbänden, mit — einer Elektrode (15), — einer Kammer (5), innerhalb welcher die Elektrode (15) angeordnet ist, wobei die Kammer (5) eine Wand (19) aufweist, die abschnittsweise oder vollständig elektrisch leitfähig und von der Elektrode (15) elektrisch isoliert ist, und wobei die Kammer (5) einen Einlass zur Aufnahme von Zellverbänden enthaltendem Fluid aufweist, — einer Spannungsquelle, die angepasst ist, um mittels Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der Elektrode (15) und der Wand (19) ein elektrisches Feld zu erzeugen, und — einer Steuereinheit, die mit der Spannungsquelle zusammenwirkt, um das elektrische Feld zu ändern, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Spannung zwischen der Elektrode (15) und der Wand (19) zu verändern.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Desintegration von Zellverbänden mit einer Elektrode, einer Kammer, innerhalb welcher die Elektrode angeordnet ist, wobei die Kammer eine Wand aufweist, die abschnittsweise oder vollständig elektrisch leitfähig und von der Elektrode elektrisch isoliert ist, und wobei die Kammer einen Einlass zur Aufnahme von Zellverbänden enthaltendem Fluid aufweist, und einer Spannungsquelle, die angepasst ist, um mittels Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der Elektrode und der Wand ein elektrisches Feld zu erzeugen.
Solche Vorrichtungen und die Verwendung solcher Vorrichtungen in Verfahren zur elektrischen Desintegration werden in unterschiedlichen Bereichen eingesetzt, vornehmlich zur Behandlung von Fluidgemischen mit organischer Materie, insbesondere Zellen und/oder Zellverbände enthaltend, in Biogasanlagen und Kläranlagen. Ziel ist es, mittels der Desintegration der Zellverbände beispielsweise bei Biogasanlagen die Erzeugung von Biogas zu begünstigen, weil durch das sogenannte Cracken der Zellverbände die Reaktion von Ausgangsstoffen zu Faulgas begünstigt wird. Unter dem Begriff der Desintegration wird allgemein die Zerkleinerung von Zellen oder Zellverbänden unter Einwirkung äußerer Kräfte verstanden.
Andere bekannte Desintegrationsmethoden sind die thermische Desintegration, die Ultraschalldesintegration, chemische Desintegration und die mechanische Desintegration.
Die elektrische Desintegration beruht auf dem Funktionsprinzip, Zellverbände einem elektrischen Feld auszusetzen, welches zwischen zwei Elektroden anliegt. Infolge der Einwirkung des elektrischen Feldes auf die Zellen und Zellverbände kommt es an den Zellmembranen zu Ladungsverschiebungen. Bei den bekannten Anlagen zur elektrischen Desintegration wird hierbei sodann ausgenutzt, dass die Zellen und Zellverbände sich innerhalb der Kammer, in der das elektrische Feld anliegt, bewegen. Durch die Bewegung der Zellen und Zellverbände ändert sich im Bezug auf deren jeweilige Zellmembrane lokal die sie beeinflussende Feldstärke. Durch diese andauernde Änderung wird die Zellmembran und/oder der Zellverband Scherkräften und Vibrationen ausgesetzt, was zu einer Destabilisierung führt. Bei ausreichend starker Anregung wird der Zellverband aufgelockert oder aufgelöst. Bei stärkerer Beeinflussung werden die Zellmembranen kollabiert. Letzteres ist unter dem Begriff der Elektroporation bekannt. Der Effekt dieser Desintegration ist jener, dass die Verfügbarkeit insbesondere von Nährstoffen für fermentierende Bakterien deutlich erhöht wird. Dieser Effekt wird in Biogasanlagen vorteilhaft dazu genutzt, eine gesteigerte Gasausbeute und bessere Nutzung der dort angesetzten Substrate zu erreichen. Anlagen unter Nutzung der elektrischen Desintegration und des Verfahrens zur elektrischen Desintegration selbst sind den alternativen Desintegrationsverfahren im Bezug auf die aufzuwendenden Investitionskosten, die Energieaufnahme und den apparativen Aufwand überlegen.
Es besteht jedoch Bedarf, die bekannten Vorrichtungen zur elektrischen Desintegration in ihrer Leistungsfähigkeit weiter zu verbessern.
Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur elektrischen Desintegration anzugeben, welches eine verbesserte Desintegrationsleistung erzielt.
Die Erfindung löst die ihr zugrunde liegende Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art mit einer Steuereinheit, die mit der Spannungsquelle zusammenwirkt, um das elektrische Feld zu ändern, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Spannung zwischen der Elektrode und der Wand zu verändern. Die Erfindung macht sich hierbei die Erkenntnis zu Nutze, dass die Änderung der Feldstärke bezogen auf die jeweilige Position einer Zelle oder eines Zellverbandes maßgeblich für den Erfolg der Desintegration ist. Es hat sich überraschend herausgestellt, dass die Desintegrationsleistung gesteigert werden kann, wenn die Feldstärkenänderung infolge der Bewegung der Zellen und Zellverbände durch eine Beeinflussung des elektrischen Feldes unterstützt wird. Die Veränderung der Spannung zwischen der Elektrode und der Wand ermöglicht eine Beeinflussung des elektrischen Feldes und der Feldstärke in weiten Grenzen, was zu einer flexiblen Gestaltung und großen relativen Feldstärkenänderungen führt.
Die Erfindung wird dadurch weitergebildet, dass die Spannungsquelle zur Erzeugung einer Wechselspannung eingerichtet ist. Infolge der fortwährenden Ausschlagsänderung der Spannungsamplitude bei einer Wechselspannung wird die Änderung des Feldes innerhalb der Kammer noch verstärkt. Die Wechselspannung selbst ist vorzugsweise sinusförmig, rechteckförmig, sägezahnförmig oder eine Mischform aus diesen drei Erscheinungsformen. Das Anlegen einer Wechselspannung mit rechteckförmigem oder sägezahnförmigem Amplitudengang ist hierbei besonders bevorzugt, da aufgrund der abrupten Amplitudenwechsel eine extremere Feldänderung herbeigeführt wird, was einen verstärkten Effekt auf die dem Feld ausgesetzten Zellverbände und Zellen hat.
Vorzugsweise ist die Steuereinheit dazu eingerichtet, die Höhe der Spannung oder die Amplitude der Spannung zwischen der Elektrode und der Wand entlang eines zeitlichen Verlaufs zu ändern. Die Änderung des zeitlichen Verlaufs der Amplitude ist rechnerisch mit bekannten Methoden der Amplitudenmodulation vorbestimmbar. Mittels der Steuereinheit wird vorzugsweise ein auf das Fluid abgestimmter zeitlicher Verlauf der Amplitude oder der Höhe der Spannung vorgegeben. Vorzugsweise folgt der zeitliche Verlauf teilweise oder vollständig einer Sinusform und/oder einer Rechteckform und/oder einer Sägezahnform und/oder einer Mischform dieser drei Formen. Eine derart vorgenommene Amplitudenmodulation muss nicht regelmäßig erfolgen, sondern kann auch unregelmäßig gestaltet sein.
Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, den zeitlichen Verlauf der Höhe der Spannung oder der Amplitude der Spannung in regelmäßigen Zeitabständen zu ändern. Die Vorgabe eines sich in regelmäßigen Zeitabständen ändernden Amplitudenverlaufs bietet den Vorteil, dass dieser rechnerisch einfach zu bestimmen ist und mit geringem Schaltungs- und Steueraufwand umsetzbar ist.
Weiter vorzugsweise ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, den zeitlichen Verlauf der Höhe der Spannung oder der Amplitude der Spannung in unregelmäßigen Zeitabständen zu ändern. Die Änderung in unregelmäßigen Zeitabständen wird besonders bevorzugt, weil der desintegrative Effekt eines sich unregelmäßig ändernden Feldes auf die Zellverbände dadurch noch gesteigert wird.
Alternativ ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, die Frequenz der Spannung zwischen der Elektrode und der Wand kontinuierlich zu ändern. Auch hierdurch wird der Aspekt der unregelmäßigen Feldänderung erzielt. Neben dem Amplitudengang ist auch die Frequenz in einem weiten Rahmen variierbar, wodurch die sich zeitlich ändernde Ausrichtung des Feldes und insbesondere der Energieeintrag in das in der Kammer befindliche Fluid stark variierbar ist. Je höher die in das Fluid eingetragene Energie ist, desto stärker ist der desintegrative Effekt.
Die Änderung der Frequenz der Spannung zwischen der Elektrode und der Wand erfolgt vorzugsweise kontinuierlich, und/oder in regelmäßigen Zeitabständen und/oder in unregelmäßigen Zeitabständen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist die Wand abschnittsweise derart elektrisch isoliert, dass sich innerhalb der Kammer ein Inhomogenes elektrisches Feld ausbildet. Dieser Aspekt basiert auf der Kenntnis, dass die lokale Änderung der Feldstärke bezogen auf eine Zelle oder einen Zellverband, abgesehen von Aspekten, die mit der Steuerung und Beeinflussung des Feldes auf Seiten der Spannungsquelle zu tun haben, auch mittels konstruktiver Maßnahmen beeinflussbar ist. Die Zellen und Zellverbände bewegen sich innerhalb der Kammer entweder aufgrund autonomer Bewegung oder infolge einer Förderung durch die Kammer hindurch. Der desintegrative Effekt wird erfindungsgemäß dadurch gesteigert, dass die Änderung der Feldstärke an verschiedenen Orten der Kammer aufgrund des inhomogenen elektrischen Feldes verstärkt wird. Das Abschnittsweise elektrische Isolieren der Wand bewirkt, dass der Verlauf der Äquipotentiallinien innerhalb der Kammer zwischen der Elektrode und der Wand unregelmäßig wird und sich in der Folge die Feldlinien, welche senkrecht zu den Äquipotentiallinien verlaufen, in höherer Dichte in jenen Bereichen zwischen der Elektrode und der Wand befinden, in welchen die Wand nicht elektrisch isoliert ist. Im Gegenzug nimmt die Konzentration der Feldlinien in jenen Bereichen, in denen die Wand abschnittsweise elektrisch isoliert ist ab. In unterschiedlichen Bereichen der Kammer wird so bereits aufgrund dieser baulichen Veränderungen ein Feld mit jeweils unterschiedlicher Feldstärke erzeugt, was die elektrische Desintegration der Zellen ohne Zellverbände fordert.
Vorzugsweise ist die Elektrode und/oder die Wand abschnittsweise mit einer dielektrischen Substanz beschichtet. Das Beschichten der Elektrode und/oder der Wand abschnittsweise mit einer dielektrischen Substanz führt ebenfalls dazu, dass das zwischen der Elektrode und der Wand anliegende elektrische Feld wegen der sich ändernden Permissivität in den beschichteten Abschnitten zunehmend inhomogen wird.
Die Höhe oder die Amplitude der Spannung liegt erfindungsgemäß vorzugsweise in einem Bereich von 75 kV bis 150 kV Weiter bevorzugt liegt die Höhe oder die Amplitude der Spannung in einem Bereich von 80 kV bis 120 kV, und besonders bevorzugt beträgt die Höhe oder die Amplitude der Spannung 90 kV. In diesen Bereichen und insbesondere bei den Wert von 90 kV tritt eine gesteigerte Desintegrationwirkung auf.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird dadurch weitergebildet, dass die Elektrode eine erste Elektrode ist und die Vorrichtung eine zweite, sowie vorzugsweise eine zweite und eine dritte Elektrode aufweist, wobei die zweite Elektrode bzw. die zweite und dritte Elektrode jeweils separat oder gemeinsam mittels der Steuereinheit ansteuerbar sind. Durch das gemeinsame oder abwechselnde Erzeugen eines elektrischen Feldes mittels verschiedener Elektroden lässt sich die Ausrichtung des Feldes in noch gesteigertem Maße verändern und die Feldstärke bei Bedarf deutlich verstärken oder abschwächen, ohne dass hierzu mittels der Steuereinheit ein geänderter Spannungsverlauf zu programmieren ist. Die erste, zweite, dritte und ggf. noch weitere Elektroden sind alternativ gebündelt oder an verschiedenen Stellen innerhalb der Kammer positionierbar, sofern konstruktive Anforderungen an den Strömungswiderstand innerhalb der Kammer dies ermöglichen.
Die Kammer der Vorrichtung ist vorzugsweise abschnittsweise oder vollständig als Hohlzylinder ausgebildet, und die Elektrode erstreckt sich abschnittsweise oder vollständig konzentrisch und/oder vorzugsweise exzentrisch zu der Zylinderachse des Hohlzylinders innerhalb der Kammer. Die Exzentrizität der Elektrode in Bezug auf die Wand der Kammer hat zur Folge, dass die Feldstärke des elektrischen Feldes nicht an allen Stellen innerhalb der Kammer gleich ist, sondern an jenen Stellen größer ist, in denen der Abstand zwischen der Elektrode und der Wand der Kammer gering ist. Auch hierdurch wird die Beeinflussung der sich durch das veränderliche elektrische Feld geförderten Zellen und Zellverbände positiv beeinflusst.
Gemäß einer alternativen Weiterbildung der Erfindung sind die Elektrode und die Wand der Kammer derart aneinander angepasst, dass der Abstand zwischen der Elektrode und der Wand in Förderrichtung 1 Zellverbände enthaltenden Fluids variiert. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Elektrode eine unregelmäßige Form aufweist und/oder das die Wand – unter Berücksichtigung strömungstechnischer Grenzen – eine unregelmäßige Form aufweist. Hierdurch wird wiederrum die Ausbildung eines inhomogenen Feldes bewirkt, was mit den vorstehend erläuterten Vorteilen verbunden ist. Die Erfindung löst die ihr zugrundeliegende Aufgabe zudem bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch, dass die Wand abschnittsweise derart elektrisch isoliert ist, dass sich innerhalb der Kammer ein inhomogenes elektrisches Feld ausbildet. Zu den Vorteilen dieser Ausgestaltung wird auf die obigen Darstellungen verwiesen.
Die Erfindung löst die ihr zugrundeliegende Aufgabe weiterhin bei einer Vorrichtung der Eingangs genannten Art, indem die Elektrode und/oder die Wand abschnittsweise mit einer dielektrischen Substanz beschichtet ist. Bezüglich der hiermit einhergehenden Vorteile wird auf die obigen Darstellungen verwiesen.
Die Erfindung löst die Aufgabe einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zudem dadurch, dass die Elektrode eine erste Elektrode ist und die Vorrichtung eine zweite, vorzugsweise eine zweite und eine dritte Elektrode aufweist, wobei die zweite Elektrode, vorzugsweise die zweite und dritte Elektrode separat oder gemeinsam mittels der Steuereinheit ansteuerbar sind. Auch diesbezüglich wird im Hinblick auf die Vorteile auf die obigen Darstellungen verwiesen.
Die Erfindung löst die ihr zugrundeliegende Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zudem, indem die Kammer abschnittsweise oder vollständig als Hohlzylinder ausgebildet ist und die Elektrode sich abschnittsweise oder vollständig konzentrisch und/oder exzentrisch zu der Zylinderachse des Hohlzylinders innerhalb der Kammer erstreckt. Hinsichtlich der hiermit verbundenen Vorteile wird auf die obigen Darstellungen verwiesen.
Die Erfindung löst die zugrundeliegende Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art zudem dadurch, dass die Elektrode und die Wand der Kammer derart aneinander angepasst sind, dass der Abstand zwischen der Elektrode und der Wand in Förderrichtung eines die Zellverbände enthaltenden Fluids variiert.
Die Erfindung wird dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass die Wand der Kammer einen Anschluss für Erdungsmittel aufweist.
Vorzugsweise weist die Kammer einen Auslass auf, wobei der Einlass und der Auslass jeweils fluidleitend mit einer Rohrleitung zur Förderung des Zellverbände enthaltenen Fluids oder mit einer Vorrichtung zur elektrischen Desintegration von Zellverbänden, insbesondere gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verbindbar sind.
Die Erfindung betrifft zudem eine Desintegrationseinrichtung für einen Biogasanlage oder für eine Kläranlage, umfassend eine oder mehrere Vorrichtung zur elektrischen Desintegration, welche miteinander fluidleitend verbunden sind, wobei mindestens ein Einlass einer solchen Vorrichtung und mindestens ein Auslass einer solchen Vorrichtung jeweils mit einer Rohrleitung zur Förderung eines Zellverbände enthaltenen Fluids verbindbar sind, wobei die eine oder mehrere Vorrichtung zur elektrischen Desintegration gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist bzw. sind.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben. Hierbei zeigt:
1 eine räumliche Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Desintegration von Zellverbänden, und
2–6 mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugte Spannungsverläufe gemäß bevorzugter Ausführungsformen.
Die in 1 dargestellte Vorrichtung 1 weist ein Gehäuse 3 auf. Das Gehäuse 3 ist abschnittsweise zylindrisch ausgebildet. Innerhalb des Gehäuses 3 ist eine Kammer 5 angeordnet, welche abschnittsweise als Hohlzylinder ausgebildet ist. An zwei gegenüberliegenden Enden des Gehäuses 3 sind ein Einlass 7 zur Aufnahme von Fluid in die Kammer 5 und ein Auslass 9 zur Abgabe von Fluid aus der Kammer 5 angeordnet. Die Vorrichtung 1 weist eine Elektrodeneinrichtung 11 auf. Die Elektrodeneinrichtung 11 weist einen Elektrodenkopf 13 und einen Elektrodenkörper 15 auf. Die Elektrodeneinrichtung 11 ist mittels einer von dem Gehäuse 3 umfassten Elektrodenführung 17 derart aufgenommen, dass sich der Elektrodenkörper 15 innerhalb der Kammer 5 des Gehäuses 3 erstreckt. Optional ist der Elektrodenkörper 15 an einer der Elektrodenführung 17 gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 3 mit einer weiteren (nicht dargestellten) Elektrodenführung gehaltert. Die Kammer 5 weist eine Wand 19 auf, welche elektrisch von dem Elektrodenkörper 15 isoliert ist. Optional ist die Wand 19 der Kammer 5 abschnittsweise elektrisch isoliert oder mit einem Dielektrikum beschichtet. Das Gehäuse ist mittels einer Erdung 21 geerdet.
Die Elektrodeneinrichtung 11 weist vorzugsweise eine Spannungsquelle auf. Weiter vorzugsweise weist die Elektrodeneinrichtung eine Steuereinrichtung auf. Die Spannungsquelle und/oder die Steuereinrichtung sind vorzugsweise innerhalb des Elektrodenkopfs 13 angeordnet. Die Elektrodeneinrichtung 11 ist mittels eines Anschlusses an eine Stromversorgung und/oder die Spannungsquelle und/oder Steuereinheit anschließbar, falls diese vorgesehen, aber nicht in den Elektrodenkopf 13 integriert sind. Der Einlass 7 weist einen Flansch 25 zum Anschluss an ein Rohrleitungssystem oder zum Anschluss an eine benachbarte Vorrichtung 1 (nicht dargestellt) auf. Der Auslass 9 weist einen Flansch 27 auf, der ebenfalls zum Anschluss an ein Rohrleitungssystem oder zum Anschluss an eine benachbarte Vorrichtung 1 ausgebildet ist. Durch den Zusammenschluss mehrerer Vorrichtungen 1 mittels der Flansche 25, 27 wird eine Desintegrationseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gebildet.
Die Elektrodeneinrichtung 11 ist dazu ausgebildet, ein elektrisches Feld zwischen dem Elektrodenkörper 15 und der Wand 19 der Elektrodenkammer 5 auszubilden. Das elektrische Feld ist unter anderem mittels Veränderung der angelegten Spannung U beeinflussbar. Die 2 bis 6 zeigen beispielhaft verschiedene Spannungsverläufe, die mittels der Spannungsquelle und vorzugsweise einer Steuereinrichtung erfindungsgemäß realisierbar sind, um eine elektrische Desintegration von Zellverbänden zu unterstützen und/oder auszulösen.
2 zeigt beispielhaft mehrere Formen von Wechselspannungen. Hierzu sind jeweils Ausschnitte der Kurvenverläufe in unterschiedlichen Zeitintervallen im selben Diagramm untergebracht. Insbesondere zeigt 2 einen sinoiden Spannungsverlauf 29, einen sägezahnförmigen Spannungsverlauf 31, einen rechteckförmigen Spannungsverlauf 33 und einen pyramidenförmigen Spannungsverlauf 35.
Der sinoide Spannungsverlauf 29 ist über die Dauer von zwei Perioden dargestellt. Eine erste Periode 37 hat hierbei im gezeigten Beispiel eine höhere Frequenz als die zweite Periode 39.
Optional sind mittels entsprechender Rechenalgorithmen Mischformen dieser Grundformen bestimmbar. Auf eine entsprechende Darstellung wird aber aufgrund der großen Anzahl von Variationsmöglichkeiten an dieser Stelle verzichtet.
3 zeigt eine Wechselspannungs-Kurve mit sinoidem Verlauf 41. Die Frequenz der Wechselspannung gemäß Verlauf 41 nimmt kontinuierlich zu, was in einer immer kürzer werdenden Wellenlänge resultiert. Die Amplitude ist bei dem Verlauf 41 gemäß 3 konstant. Derartige Frequenzmodulationen sind in analoger Weise auch auf andere Spannungsformen wie beispielsweise solche gemäß 2 anwendbar. Die Veränderung der Frequenz wird mittels bekannter Rechenoperationen zur Frequenzmodulation durchgeführt.
In 4 ist der zeitliche Verlauf 43 einer sinoiden Wechselspannung dargestellt. Der Verlauf 43 der Wechselspannung ist mittels einer Amplitudenmodulation derart verändert, dass die Amplitude der Wechselspannung entlang eines zeitlichen Verlaufs verändert ist. Die Maximalamplitude, beispielhaft mit den Bezugszeichen 45', 45'' versehen, ist im Unterschied zu 3 nicht konstant, sondern entlang eines zeitlichen Verlaufs verändert. Die Änderung der Maximalamplitude 45', 45'' wird mittels einer Trägerfunktion beschrieben, welche als gestrichelte Linie 47 dargestellt ist. Die Trägerfunktion kann – wie in 4 gezeigt – eine sinoide Form aufweisen und dabei in sich regelmäßig oder unregelmäßig hinsichtlich ihrer Frequenz und Amplitude ausgebildet sein, oder weitere Formen annehmen, die beispielsweise auch den Grundformen gemäß 2 nachempfunden sein können. Exponentielles Abkling- und/oder Aufschwingvorgänge sind mittels entsprechender Trägerfunktionen ebenfalls simulierbar, was insbesondere für das Anfahren und Herunterfahren der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorteilhaft ist.
5 zeigt den zeitlichen Verlauf 49 einer Wechselspannung bei dem die Amplitude in einem zeitlichen Verlauf in unregelmäßigen Abständen geändert wird. Ein erster Bereich 51 des Verlaufs 49 weist eine erste Amplitude 52 auf, während ein zweiter Bereich 53 des Verlaufs 49 eine zweite Amplitude 54 aufweist. Die erste Amplitude 52 liegt während eines ersten Zeitraumes 55 an, wohingegen die zweite Amplitude 54 während eines zweiten Zeitraums 57 anliegt. Der erste Zeitraum 55 und der zweite Zeitraum 57 sind ungleich. Vorzugsweise sind die erste und zweite Amplitude 52, 54 und die jeweiligen Zeiträume 55, 57 so aufeinander angepasst, dass eine maximale Destabilisierung der in der Kammer 5 befindlichen Zellverbände erreicht wird. Dies wird angepasst an das zu fördernde Fluid und das Niveau der Spannungsamplituden durch kurz aufeinanderfolgende Wechsel des ersten Zeitraums zum zweiten Zeitraum, in langen Abständen aufeinanderfolgende Zeiträume oder in stark wechselhaften und unterschiedlich ausgeprägten Zeiträumen erreicht.
6 zeigt einen zeitlichen Verlauf 59 einer Wechselspannung. Die Wechselspannung ist gemäß 6 rechteckförmig ausgebildet. Die Amplitude der Wechselspannung ist entlang des zeitlichen Verlaufs mittels einer Amplitudenmodulation verändert, wobei die Modulation einem pyramidenförmigen Muster folgt. Das Muster ist als Trägerkurve 61 angedeutet. Der zeitliche Verlauf 59 ist gemäß 6 in mehrere Abschnitte unterteilt. Innerhalb eines ersten Abschnitts 63 sind die Dauer der rechteckförmigen Pulse und die Frequenz im Wesentlichen konstant. In einem zweiten und dritten Bereich 65, 67 ist sowohl die Amplitude und Frequenz der Trägerkurve 61 als auch die Pulsdauer und der Abstand zwischen dem einzelnen Rechteckpulsen inkonstant.

Claims

Vorrichtung (1) zur elektrischen Desintegration von Zellverbänden, mit – einer Elektrode (15), – einer Kammer (5), innerhalb welcher die Elektrode (15) angeordnet ist, wobei die Kammer (5) eine Wand (19) aufweist, die abschnittsweise oder vollständig elektrisch leitfähig und von der Elektrode (15) elektrisch isoliert ist, und wobei die Kammer (5) einen Einlass zur Aufnahme von Zellverbänden enthaltendem Fluid aufweist, – einer Spannungsquelle, die angepasst ist, um mittels Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der Elektrode (15) und der Wand (19) ein elektrisches Feld zu erzeugen, und – einer Steuereinheit, die mit der Spannungsquelle zusammenwirkt, um das elektrische Feld zu ändern, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Spannung zwischen der Elektrode (15) und der Wand (19) zu verändern.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Spannungsquelle zur Erzeugung einer Wechselspannung eingerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuereinheit dazu eingerichtet ist, die Höhe der Spannung oder die Amplitude der Spannung zwischen der Elektrode (15) und der Wand (19) entlang eines zeitlichen Verlaufs zu verändern.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der zeitliche Verlauf teilweise oder vollständig einer Sinusform folgt.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der zeitliche Verlauf teilweise oder vollständig einer Rechteckform folgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei der zeitliche Verlauf einer teilweise oder vollständig einer Sägezahnform folgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, den zeitlichen Verlauf der Höhe der Spannung oder der Amplitude der Spannung in regelmäßigen Zeitabständen zu ändern.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, den zeitlichen Verlauf der Höhe der Spannung oder der Amplitude der Spannung in unregelmäßigen Zeitabständen zu ändern.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Frequenz der Spannung zwischen der Elektrode (15) und der Wand (19) kontinuierlich zu ändern.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Frequenz der Spannung zwischen der Elektrode (15) und der Wand (19) in regelmäßigen Zeitabständen zu ändern.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 10, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Frequenz der Spannung zwischen der Elektrode (15) und der Wand (19) in unregelmäßigen Zeitabständen zu ändern.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Wand (19) abschnittsweise derart elektrisch isoliert ist, dass sich innerhalb der Kammer (5) ein inhomogenes elektrisches Feld ausbildet.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Elektrode (15) und/oder die Wand (19) abschnittsweise mit einer dielektrischen Substanz beschichtet ist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Höhe oder die Amplitude der Spannung in einem Bereich von 75 kV bis 150 kV, bevorzugt in einem Bereich von 80 kV bis 120 kV liegt, besonders bevorzugt 90 kV beträgt.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Elektrode (15) eine erste Elektrode ist und die Vorrichtung eine zweite, vorzugsweise eine zweite und eine dritte, Elektrode aufweist, wobei die zweite Elektrode, vorzugsweise die zweite und dritte Elektrode separat oder gemeinsam mittels der Steuereinheit ansteuerbar sind.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kammer (5) abschnittsweise oder vollständig als Hohlzylinder ausgebildet ist, und die Elektrode (15) sich konzentrisch und/oder exzentrisch zu der Zylinderachse des Hohlzylinders innerhalb der Kammer (5) erstreckt.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche wobei die Elektrode (15) und die Wand (19) der Kammer derart aneinander angepasst sind, dass der Abstand zwischen der Elektrode (15) und der Wand (19) in Förderrichtung eines die Zellverbände enthaltenden Fluids variiert.
Vorrichtung (1) zur elektrischen Desintegration von Zellverbänden, mit – einer Elektrode (15), – einer Kammer (5), innerhalb welcher die Elektrode (15) angeordnet ist, wobei die Kammer (5) eine Wand (19) aufweist, die abschnittsweise oder vollständig elektrisch leitfähig und von der Elektrode (15) elektrisch isoliert ist, und wobei die Kammer (5) einen Einlass zur Aufnahme von Zellverbänden enthaltendem Fluid aufweist, und – einer Spannungsquelle, die angepasst ist, um mittels Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der Elektrode (15) und der Wand (19) ein elektrisches Feld zu erzeugen, wobei die Wand (19) abschnittsweise derart elektrisch isoliert ist, dass sich innerhalb der Kammer (5) ein inhomogenes elektrisches Feld ausbildet.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit – einer Elektrode (15), – einer Kammer (5), innerhalb welcher die Elektrode (15) angeordnet ist, wobei die Kammer (5) eine Wand (19) aufweist, die abschnittsweise oder vollständig elektrisch leitfähig und von der Elektrode (15) elektrisch isoliert ist, und wobei die Kammer (5) einen Einlass zur Aufnahme von Zellverbänden enthaltendem Fluid aufweist, und – einer Spannungsquelle, die angepasst ist, um mittels Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der Elektrode (15) und der Wand (19) ein elektrisches Feld zu erzeugen, wobei die Elektrode (15) und/oder die Wand (19) abschnittsweise mit einer dielektrischen Substanz beschichtet ist.
Vorrichtung (1) zur elektrischen Desintegration von Zellverbänden, mit – einer Elektrode (15), – einer Kammer (5), innerhalb welcher die Elektrode (15) angeordnet ist, wobei die Kammer (5) eine Wand (19) aufweist, die abschnittsweise oder vollständig elektrisch leitfähig und von der Elektrode (15) elektrisch isoliert ist, und wobei die Kammer (5) einen Einlass (7) zur Aufnahme von Zellverbänden enthaltendem Fluid aufweist, und – einer Spannungsquelle, die angepasst ist, um mittels Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der Elektrode (15) und der Wand (19) ein elektrisches Feld zu erzeugen, wobei die Elektrode (15) eine erste Elektrode ist und die Vorrichtung (1) eine zweite, vorzugsweise eine zweite und eine dritte, Elektrode aufweist, wobei die zweite Elektrode, vorzugsweise die zweite und dritte Elektrode separat oder gemeinsam mittels der Steuereinheit ansteuerbar sind.
Vorrichtung (1) zur elektrischen Desintegration von Zellverbänden, mit – einer Elektrode (15), – einer Kammer (5), innerhalb welcher die Elektrode (15) angeordnet ist, wobei die Kammer (5) eine Wand (19) aufweist, die abschnittsweise oder vollständig elektrisch leitfähig und von der Elektrode (15) elektrisch isoliert ist, und wobei die Kammer (5) einen Einlass (7) zur Aufnahme von Zellverbänden enthaltendem Fluid aufweist, und – einer Spannungsquelle, die angepasst ist, um mittels Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der Elektrode (15) und der Wand (19) ein elektrisches Feld zu erzeugen, wobei die Kammer (5) abschnittsweise oder vollständig als Hohlzylinder ausgebildet ist, und die Elektrode (15) sich konzentrisch und/oder exzentrisch zu der Zylinderachse des Hohlzylinders innerhalb der Kammer erstreckt.
Vorrichtung (1) zur elektrischen Desintegration von Zellverbänden, mit – einer Elektrode (15), – einer Kammer (5), innerhalb welcher die Elektrode (15) angeordnet ist, wobei die Kammer (5) eine Wand (19) aufweist, die abschnittsweise oder vollständig elektrisch leitfähig und von der Elektrode (15) elektrisch isoliert ist, und wobei die Kammer (5) einen Einlass (7) zur Aufnahme von Zellverbänden enthaltendem Fluid aufweist, und – einer Spannungsquelle, die angepasst ist, um mittels Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der Elektrode (15) und der Wand (19) ein elektrisches Feld zu erzeugen, wobei die Elektrode (15) und die Wand (19) der Kammer (5) derart aneinander angepasst sind, dass der Abstand zwischen der Elektrode (15) und der Wand (19) in Förderrichtung eines die Zellverbände enthaltenden Fluids variiert.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Wand (19) der Kammer (5) einen Anschluss für Erdungsmittel aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kammer (5) einen Auslass (9) aufweist, wobei der Einlass (7) und der Auslass (9) jeweils fluidleitend mit einer Rohrleitung zur Förderung des Zellverbände enthaltenden Fluids oder mit einer Vorrichtung (1) zur elektrischen Desintegration von Zellverbänden, insbesondere nach einem der vorstehenden Ansprüche verbindbar sind.
Desintegrationseinrichtung für eine Biogasanlage oder für eine Kläranlage, umfassend eine oder mehrere Vorrichtungen (1) zur elektrischen Desintegration nach einem der Ansprüche 1 bis 24, welche miteinander fluidleitend verbunden sind, wobei mindestens ein Einlass (7) einer solchen Vorrichtung (1) und mindestens ein Auslass (9) einer solchen Vorrichtung (1) jeweils mit einer Rohrleitung zur Förderung eines Zellverbände enthaltenden Fluids verbindbar sind.