DE3827659A1 - Verfahren zur physikalischen aufbereitung von medien - fluessiger bis duennbreiiger konsistenz - zur veraenderung physikalischer grundeigenschaften und aufbereitungsgeraet zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Für die Behandlung von Flüssigkeiten und für eine zusammenführende Aufbereitung von verschiedenen Medien sind eine Vielzahl von Tech­ niken entwickelt worden, von flüssig/flüssig über flüssig/gasförmig bis flüssig/fest. Je nach Anwendungsgebiet sind unterschiedliche Kri­ terien gefragt und werden die unterschiedlichsten Optimierungen bei den Effekten erreicht.

Die Anmeldungen von Dipl.-Ing. W. Hacheney, Detmold, bewegen sich über die allgemein bekannte Technik hinaus auch auf eine kolloidale Gestaltung hin.

Die bekannte Aufbereitungstechnik verschiedener Medien in ihrer gesamten Breite bewegt sich, mindestens was kolloidale Effekte betrifft, überwiegend in dem Bereich flüssig/flüssig. Vorwiegend Hacheney brachte mit seiner Technologie auch die Verarbeitung von flüssig/fest wieder in Bewegung.

In Anlehnung an den Grundgedanken "Hacheney", ausgehend von Wolfgang Ostwald, dem Begründer der Kolloidchemie - Zitat aus: "Die Welt der vergessenen Dimensionen": "Jede Materie kann durch Energie in ihrem Zustand verändert werden." - wird die Basis der Erfindung bestimmt. Das Prinzip der Erfindung ist, ein wiederholtes Durchströmen ver­ schiedener Kammern mit vorgegebenen hyperbolischen Mantelflächen, vorwiegend im Unterdruckbereich, zu erzwingen. Strömungsgeschwindigkeiten, Strömungsrichtung und Druckverhältnisse ändern sich ständig in einem rhythmischen Ablauf. Für spezifische Anwendungen ist eine einseitig gerichtete Rotation vorgesehen - Bild 2 -. Der Aufbau des Unterdruckes erfolgt konti­ nuierlich in dem Rotor (2) durch Zentrifugation. Maximale Druck­ verhältnisse und maximale Strömungsgeschwindigkeit werden durch Abreißen des Mediums, vor allen in den Fliehkraftkanälen (6) und durch Kavitation bestimmt. Die Effektivität entsteht in einem sehr hohen Grenzbereich, der durch die hyperboloidförmige Gestaltung der Mantelflächen des Stators in Verbindung mit einer dynamisierten Saug­ wirkung - d. h. einer pulsierenden Dehnung des Mediums - optimal erzwungen wird.

Die Konsistenzgrenze des zu behandelnden Mediums wird durch die Kanäle (6) konstruktionsbedingt ebenso bestimmt, wie die Mindestgröße des gesamten Gerätes. Einer Dimensionierung mit maximalen Abmessungen liegen nur praktische, ausführungstechnische und antriebsspezifische Kriterien zugrunde.

Die Anwendung der Erfindung ist durch die Wirkungsweise auf allen Ge­ bieten denkbar, wo Medien mit entsprechender Konsistenz aufzubereiten sind. Die primären Wirkungen des Dispergierens im Lösungsmittel und des Emulgierens schaffen eine Oberfläche mit minimaler Teilchengröße und die Voraussetzung zur Herstellung eines kolloidalen Sols. Sie führen letztlich zu Eigenschaften eines Mediums, die ohne eine solche Technologie nicht oder mindestens in der Intensität nicht bekannt sind. Zum Beispiel ist schon aus der Technologie "Hacheney" bekannt, daß ein mit seiner Technik behandeltes Leitungswassr als Anmachwasser, ge­ genüber nicht behandeltem Leitungswasser, zu einem Zementstein von nicht kristalliner Struktur führen kann (Rasterelektronenmikroskop­ aufnahmen 1985).

Es wird sich bei Wasser eine Veränderung bzw. Verstärkung von ver­ mittelnden, kathlytischen Eigenschaften einstellen. Bei Mehrstoff­ systemen mit hydraulischen Feststoffanteilen, die behandelt wurden, oder bei denen eine Komponente oder ein Teil davon behandelt wurde, ist eine Veränderung der physikalischen Eigenschaften durch eine veränderte Kristallstruktur bis hin zu einem nichtkristallinen festem Gel möglich. Das Verhalten gegenüber chemischen Einflüssen, z. B. Kor­ rosion, wird träger, bis zur Resistenz. Eine solche Trägheit stellt sich auch z. B. bei der Aufnahme von so behandelten Giftstoffen bei Pflanzen ein, die ebenso bis zur Nichtverfügbarkeit möglich ist. Das Prinzip des Aufbereitungsgerätes ist wie folgt dargestellt und nachstehend beschrieben.

Bild 1 Vertikalschnitt (3-Kammersystem),

Bild 2 Vertikalschnitt (2-Kammersystem),

Bild 3 Darstellung der Strömungsumkehr als Draufsicht,

Bild 4 Darstellung des Rotors als Horizontalschnitt.

Das Gerät besteht aus einem Stator mit hyperboloidförmig ausgebilde­ ten Kammern, der oberen Kammer (10), der unteren Kammer (4) und der inneren Kammer (3). Der Antrieb des Rotors (2) erfolgt über eine An­ triebswelle (18) durch einen Motor direkt - Kopfsteuerung - oder kann durch ein Getriebe bzw. Transmission - Seitensteuerung - übertragen werden.

Die Ausbildung des Rotors (2) ist als Schleuderrad vorgesehen, wie dargestellt. Der Querschnitt der Kanäle (6, 7) ist mit abhängig von der Konsistenz des zu behandelnden Mediums. Der Rotor (2) verteilt das aus der inneren Kammer (3) angesaugte Medium in den oberen Kammerbereich (10) und in die untere Kammer (4) unter gleichzeitiger Vermittlung einer horizontalen Rotationsbewegung um die senkrechte Symmetrieachse. Eine solche Rotationsbewegung wird - wenn notwendig, konsistenzbedingt - durch die am Rotor angebrachten ohrenförmigen Flügel (8) unterstützt. Das aus dem Rotor geschleuderte Medium bildet um diesen herum eine Flüssigkeitsscheibe aus, die sich aus rotieren­ den Einzelstrahlen zusammensetzt. Das sich in der oberen Kammer (10) befindende Medium wird, durch das die untere Kammer (4) verlassende Medium, zwischen den rotierenden Flüssigkeitsstrahlen des Rotors (2) hindurchgesaugt, wobei ein Pulsieren entsteht. Der Rotor (2) verteilt das aus der unteren Kammer (3) angesaugte Medium über die hyperboli­ schen Führungsflächen (9) in die obere Kammer (10) und die untere Außenkammer (4). Die durch den Rotor (2) um die senkrechte Symmetrie­ achse erzeugte Rotationsbewegung erhält durch die Umkehreinrichtung (5), dargestellt als Rohr(e), eine entgegengesetzte Rotationsrich­ tung, die wiederum durch den Rotor (2) in die ursprüngliche Drehbe­ wegung zurückgeführt wird, so daß ein fortlaufender Wechsel der Rota­ tionsrichtung erzwungen wird. Dieser Wechsel ist notwendig, um das Entstehen von elektrischen Potentialen zu verhindern. Wird ein solcher Effekt gewünscht, wird auf das Zwei-Kammersystem - Bild 2 - zurückgegriffen.

Im unteren Teil wird neben dem Richtungswechsel ein sich ständiges Ändern der Fließgeschwindigkeit senkrecht zur Rotationsachse erreicht und somit auch ein sich ständiges Ändern der Druckverhältnisse, die durch die Saugwirkung des Rotors (2) vorwiegend im Unterdruckbereich verbleiben. Der Teil des Mediums, der sich vorübergehend in der obe­ ren Kammer (10) befindet, hat eine zweiachsige Strömungsrichtung, deren vertikale Komponente pulsierende Druckverhältnisse vorwiegend im un­ teren Kammerteil (4) anregt.

Eine Unterstützung des Pulsierens kann durch schwellenden (Unter-) Druck von außen über die Stutzen (13) und (14) erfolgen. Eine Kon­ trolle der Druckverhältnisse wird mittels der Ventile (11 und 12) gesichert.

Claims (55)

1. Verfahren zur physikalischen Aufbereitung von Medien, flüs­ siger bis dünnbreiiger Konsistenz, dadurch gekennzeichnet, daß in einem besonders hierfür konstruierten Gerät spezifische Strömungsabläufe erzwungen werden, die eine Veränderung physika­ lischer Grundeigenschaften im Sinne der Kolloidtheorie herbei­ führen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufbereitungsdauer medienspezifisch ein definierter Zeitraum zugeordnet ist.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Medium entgegen der Gravitation der Erde nach oben gesaugt wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Führung des Mediums, in Richtung der Schwerkraft, mit Unterstützung durch die Gravitation, mittels Sog, erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strö­ mung überwiegend laminar erfolgt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gesam­ te Strömungsablauf im Bereich des Unterdrucks erfolgt.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtdruckverhältnisse medienspezifisch gewählt werden.

8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeich­ net, daß die inneren Druckverhältnisse dynamisiert sind.

9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5 und 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Drucksteuerung sowohl im Über-, als auch im Unterdruckbereich erfolgen kann.

10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeich­ net, daß der Strömungsablauf über hyperboloidförmige Kammern erfolgt.

11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch Polarisation eine Veränderung der Molekularstruktur erzwungen wird.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine solche Polarisation durch ein erzeugtes Magnetfeld verstärkt wird.

13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Strömungsintensität durch die Grenzen einer Ka­ vitation bestimmt wird.

14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeich­ net, daß die Strömungsintensität durch ein Abreißen des unter Sog stehenden Mediums bestimmt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Einstoffsystem, z. B. Wasser, eine über die Solvatation hinausgehende Kräftebindung erfolgt.

16. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Mehrstoffsystem zusätzlich durch Emulgieren und/ oder Dispergieren eine Vermengung mit einer Sorptionsbindung erfolgt.

17. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der durch einen Motor angetriebene Rotor (2) unter Ausnutzung der Zen­ trifugalwirkung in den Kanälen (6) einen Unterdruck erzeugt.

18. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Unterdruck als Sog in die hyperboloidförmige Innenkammer (3) fortsetzt und so eine Um­ wälzung erzeugt wird.

19. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (2) das in dem Aufbe­ reitungsgerät befindliche Medium in eine Rotationsbewegung um die senkrechte Symmetrieachse versetzt.

20. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die aus den Kanälen (6) des Rotors (2) herausgeschleuderte Flüssigkeit eine aus Einzelstrahlen zusammengesetzte horizontale Scheibe bildet.

21. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Geschlossenheit der Flüssig­ keitsscheibe mit zunehmender Rotationsgeschwindigkeit zunimmt.

22. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 17 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß das aus dem Rotor (2) geschleuderte Medium bei dem 3-Kammersystem, Bild 1, durch einen umlaufenden Führungskranz (9) geteilt und in die obere hyperboloidförmige Kammer (10) und die untere Kammer (4) abgeleitet wird.

23. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 17 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß das in die obere Kammer (10) abgeleitete Medium durch die rotierende Flüssigkeitsscheibe hindurchgesaugt wird und durch die Folge der Austrittsstrahlen ein Pulsieren der Druckverhältnisse im Gesamtsystem entsteht.

24. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandun­ gen der hyperboloidförmigen Außenkammer (4) innen konvex und außen konkav sind.

25. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem 3- Kammersystem - Bild 1 - das Medium durch eine Umkehreinrich­ tung (5) eine entgegengesetzte Rotationsrichtung erfährt, die durch den Rotor (2) wieder in die ursprüngliche Richtung zu­ rückgeführt wird.

26. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Umkehreinrichtung vorzugsweise durch mehrere Rohre ausgebildet ist.

27. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem 3- Kammersystem - Bild 2 - das Medium durch Strömungsklappen (19) in den Innentrichter (3) gesaugt wird.

28. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Stellung dieser Strömungs­ klappen sowohl in Fließrichtung als auch gegen diese sein kann.

29. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 27 und 28, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Stellung der Klappen gegen die Fließrichtung eine Umkehr der Rotationsrichtung erfolgt.

30. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle (6) des Rotors (2) vorzugsweise radial angeordnet sind.

31. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine schlingenförmige Führung der Kanäle (6) ein Fließen entgegen der Zentrifugationsrichtung erfolgt.

32. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die schlingenförmige Ausbildung der Kanäle (6) sowohl horizontal als auch vertikal sein kann.

33. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 17 bis 19 und 22, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des in die obere Kammer (10) geführten Mediums durch die Schrägkanäle (7) wieder in die untere Kammer (4) zurückgeführt wird.

34. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterstützung eines laminaren Einströmens in die Schrägkanäle (7) auf der Oberseite des Rotors (2) ein Führungskranz (20) angebracht ist.

35. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem 3- Kammersystem die Rotation in der oberen Kammer (10) zweiachsig erfolgt.

36. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß durch die zweiachsige Rotation ein pulsierendes Entspannen des Mediums erfolgt.

37. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Unter­ druckventil (11) und ein Überdruckventil (12) die Druckver­ hältnisse nicht außer Kontrolle kommen lassen.

38. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 17 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Rotors (2) abhängig von der notwendigen Durchflußmenge ist und dieser wiederum konstruktionsbedingt den möglichen Durch­ messer der Fliehkraftkanäle (6) bestimmt.

39. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchsatzmenge durch den Rotor (2) von der Rotationsgeschwindigkeit abhängt.

40. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 38 und 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung einer Saugkraft/Zentrifugation eine entsprechende Größe des Rotors und/oder eine entsprechende Drehzahl erfordert.

41. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb des Rotors (2) durch jede Art von Aggregat, z. B. durch einen Elektromotor, erfolgt.

42. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Über­ tragung der Antriebskraft direkt auf die Welle (18) oder durch jede Art von Getriebe, einschließlich Transmission, erfolgen kann.

43. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens, nach den Ansprüchen 17 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß alle Teile der Konstruktion funktionsbedingt nur insoweit an eine Dimen­ sion gebunden sind, daß sie aufeinander abgestimmt sein müssen.

44. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 17 bis 42, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe und Kapazität des Gerätes nach der erforderlichen Durchsatzmenge in Abhängigkeit von dem zu erzielenden Effekt bestimmt wird.

45. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Auslaßöffnungen (15, 16) am Tiefpunkt installiert sind.

46. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Einlaß­ öffnung oben und die Auslaßöffnung unten installiert ist.

47. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß über die Ein- und Auslaßöffnungen (15, 16) mit einem extern gesteuerten Pump­ system ein Durchflußbetrieb ermöglicht wird.

48. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 47, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens bei einem Intervallbetrieb ein Ausgleichsbehälter vorgeschaltet werden muß.

49. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstruk­ tion des Ansaugstutzens (21) die Form einer Düse hat.

50. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 49, dadurch gekennzeichnet, daß der Düsenquerschnitt variabel und somit der Sog in Abhängigkeit von Anzahl und Querschnitt der Fliehkraftkanäle (6) bestimmbar ist.

51. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach An­ spruch 50, dadurch gekennzeichnet, daß der Querschnitt der Düse der Konsistenz des zu behandelnden Mediums angepaßt werden kann.

52. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 49 bis 51, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsenlänge und der Querschnitt variabel sind.

53. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 49 bis 52, dadurch gekennzeichnet, daß die Düsen auswechselbar sind.

54. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den An­ sprüchen 18 bis 53, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät in jeder beliebigen, positiven, Winkelrichtung ausgeführt werden kann.

55. Aufbereitungsgerät zur Durchführung des Verfahrens nach den An­ sprüchen 18 bis 54, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleuderrad durch einen Propeller ersetzt werden kann.