DE69108879T2

DE69108879T2 - Vorrichtung zur Molekular-Destillation durch Induktionsheizung.

Info

Publication number: DE69108879T2
Application number: DE69108879T
Authority: DE
Inventors: Alain Girault; Jacques Nuns; Alain Rancurel Alain Rancurel
Original assignee: EXPANCHIMIE
Current assignee: Laboratoires Expanscience SA
Priority date: 1990-11-21
Filing date: 1991-11-20
Publication date: 1995-09-14
Anticipated expiration: 2011-11-21
Also published as: CA2055975C; EP0493144A1; EP0493144B1; JP3052502B2; ES2071950T3; ATE120976T1; DK0493144T3; FR2669239A1; FR2669239B1; US5334290A; DE69108879D1; JPH04267902A; CA2055975A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft generell eine Vorrichtung zur Durchführung einer Molekular-Destillation, sowie ein Verfahren für die Herstellung einer Baugruppe bestehend aus einem konischen Rotor und einem Gerät für die Aufheizung einer solchen Vorrichtung.
Aus der JP-A 62-273003 ist bereits eine Vorrichtung zur Molekular-Destillation bekannt, welche mit einer Induktionsheizung ausgestattet ist. Genauer gesagt, ist über dem konischen Rotor für die Destillation eine Wicklung in Form einer konischen Spirale angeordnet, welche mit Hilfe eines geeigneten Generators gespeist wird, um den Konus durch Induktion aufzuheizen.
Diese aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung ist interessant, weil sie es ermöglicht, die Probleme auszuschalten, welche bei älteren Geräten bei einer Heizung durch Joulesche Wärme mit Hilfe von in Richtung des Rotors abstrahlenden Widerständen auftreten.
Im praktischen Einsatz verursacht diese bekannte mit einer Induktionsheizung ausgestattete Vorrichtung jedoch zahlreiche Nachteile.
In der Tat beobachtet man bei dieser Vorrichtung eine extrem langsame Erwärmung der zu destillierenden Flüssigkeit, wenn sie sich durch Fliehkraft auf dem drehenden Konus ab seinem Mittelpunkt verteilt, während dagegen im Bereich der Ränder des Konus die Flüssigkeit übermäßig erwärmt wird. Tatsächlich erreicht die zu destillierende Flüssigkeit den Mittelpunkt des Konus im kalten Zustand oder nur leicht erwärmt und die Zufuhr der Wärmeenergie reicht nicht aus, um die Flüssigkeit rasch auf die Destillationstemperatur zu bringen. Außerdem verringert sich die Dicke des Flüssigkeitsfilms auf dem Konus deutlich zwischen dessen Mittelpunkt und seinen Rändern. Dieses Phänomen beruht einerseits auf dem Anwachsen der Fläche und der Erhöhung der auf den Film beaufschlagten Fliehkraft bei der allmählichen Entfernung vom Mittelpunkt, und wird andererseits durch die Verringerung der Menge der Flüssigkeit bewirkt, welche durch Verdampfung des flüchtigen Anteils verursacht wird.
Daher ist bei der bekannten Vorrichtung die Zufuhr von Wärmeenergie im peripheren Bereich des Konus extrem hoch, so daß die Flüssigkeit eine zu hohe Temperatur erreichen kann, welche ihre Qualität beeinträchtigt.
Dieses Phänomen wird durch die Tatsache erklärt, daß ein einziger spiralenförmiger Induktor, wie er in der weiter oben genannten Patentanmeldung beschrieben wird, auf den konischen Rotor eine Heizkraftdichte beaufschlagt, welche zwischen dem Mittelpunkt und den Rändern weitgehend konstant ist.
In der Praxis bedeutet dies, daß aufgrund von Randwirkungen und der Leitfähigkeit des Konus die Temperatur des Konus nicht über dem gesamten Bereich des Induktors konstant bleibt.
Die FR-A-2 206 644 beschreibt eine Induktionsheizung für Haushaltsgeräte. In einer Ausführungsart (Fig. 3 und 4) enthält die Vorrichtung drei Wicklungen aus konzentrischen und koplanaren Spiralen. Um auf der gesamten zu beheizenden Fläche eine weitgehend konstante Verteilung der Temperatur zu erreichen, werden nur die innere und die äußere Spirale aktiviert.
Außerdem weist diese bekannte Vorrichtung noch weitere Nachteile auf. Da zwischen dem spiralenförmigen Induktor und dem Konus notwendigerweise eine Wärmeisolierung vorgesehen werden muß, ergibt sich daraus ein großer Abstand zwischen diesen beiden Elementen, der üblicherweise etwa 5 bis 20 mm beträgt, so daß der Wirkungsgrad des Heizungssystems extrem schwach ist. Da weiterhin der den Induktor bildende metallische Leiter direkt den Dämpfen ausgesetzt ist, welche von dem Destillationskonus abgegeben werden (diese Dämpfe können die Isolierung anscheinend ohne Behinderung umgehen), kann sich dadurch eine Korrosion des Leiters ergeben, welche seine Lebensdauer verringert, sowie eine eventuelle Verunreinigung des Destillats im dampfförmigen Zustand durch Metallpartikel des Leiters, was bei den meisten Anwendungsfällen zu vermeiden ist. Eine solche Verunreinigung kann eine größere Empfindlichkeit des Produktes gegen Oxydation (katalytische Wirkung) und/oder eine Toxizität dieses Produktes insbesondere dann verursachen, wenn die Vorrichtung für die Verarbeitung von Nahrungsmitteln oder pharmazeutischen Produkten verwendet wird.
Ziel der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtungen auszuschalten.
Insbesondere wird mit der vorliegenden Erfindung an erster Stelle eine neue Heizvorrichtung durch Induktion vorgeschlagen, welche es erlaubt, mit einfachen und wirtschaftlichen Mitteln auf den Konus eine Heizkraftdichte zu beaufschlagen, welche im Mittelpunkt des Rotors und an seinen Rändern unterschiedlich ist.
Zu diesem Zweck wird mit der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung für die Molekular-Destillation vorgeschlagen, welche einen drehend angetriebenen konusförmigen metallischen Rotor aufweist, der in seinem Mittelpunkt mit einer zu destillierenden Flüssigkeit gespeist wird, und die eine eine Umgrenzung bildenden Vakuumglocke enthält, in welcher der Konus und eine Induktionsheizung für den Rotor aufgenommen sind, die über diesem und in seiner Nähe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtungen mindestens zwei konzentrische Induktoren enthalten, welche an homologe Bereiche des Rotors unterschiedliche Heizkraftdichten liefern, und dadurch, daß ein innerer Induktor an den Rotor eine Heizkraftdichte liefert, die höher ist, als die Heizkraftdichte, welche dem Rotor durch einen äußeren Induktor zugeführt wird.
Um vorzugsweise die Leiter der Induktoren in unmittelbarer Nähe des Rotors anordnen zu können, ohne daß dadurch eine zu starke Aufheizung dieser Leiter durch die Abstrahlung des Rotors erzeugt wird, wird eine Vorrichtung für die Molekular-Destillation von der oben beschriebenen Art vorgeschlagen, in der die Induktoren mit Kühlmitteln ausgestattet und in einem Abstand von dem Rotor angeordnet sind, der höchstens 5 mm beträgt.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für die Herstellung einer Baugruppe bestehend aus einem konischen Rotor und Induktoren für die vorstehend definierte Vorrichtung für die Molekular-Destillation vorgeschlagen, welches folgende Schritte umfaßt:
- Beschichten der unteren Fläche des Rotors mit einer dünnen Schicht aus verstärktem Kunststoff, welche eine weitgehend einheitliche Dicke hat,
- Entfernung dieser Schicht von dem Rotor nach deren Aushärtung,
- Herstellung der aus verformbaren Metallrohren bestehenden Induktoren unter Verwendung dieser dünnen Schicht als Schablone, an der die Rohre in Form von konzentrischen Spiralen eng befestigt werden,
- Beschichtung der auf der dünnen Schicht positionierten Rohre mit einer zweiten Schicht aus Kunststoff, welche die Induktoren überdeckt und sich mit der erwähnten Schicht aus verstärktem Kunststoff verbindet, und
- Befestigung des so erhaltenenen Verbundes in einem geeigneten Abstand oberhalb des Rotors.
Weitere Aspekte, Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der Lektüre der nachstehenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung, die als nicht einschränkendes Beispiel in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen angegeben ist, in denen folgendes dargestellt ist:
Die Fig. 1 zeigt eine schematische Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung für die Molekular- Destillation.
Die Fig. 2 zeigt einen axialen Schnitt eines Teils der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung.
Die Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf die Unterseite des in der Fig. 2 gezeigten Teils.
Die Fig. 4 zeigt eine Teilansicht eines elektrischen Schaltkreises der Induktionsheizung der in der Fig. 1 dargestellten Vorrichtung.
Die Fig. 5 kombiniert eine axiale Schnittansicht mit einer graphischen Darstellung, welche die Heizeigenschaften der Vorrichtung zeigt.
Die Fig. 6 zeigt eine axiale Schnittansicht einer Konstruktion für die Durchquerung der Wand, welche in der erfindungsgemäßen Vorrichtung eingesetzt wird; und
Die Fig. 7a bis 7d zeigen die Etappen eines Verfahrens für die Herstellung eines Teils der in den Figuren 1 bis 3 dargestellten Vorrichtung.
In den einzelnen Figuren werden identische oder gleichartige Elemente oder Teile mit den gleichen Bezugsnummern gekennzeichnet.
In der Fig. 1 ist eine Vorrichtung für die Molekular- Destillation dargestellt, welche eine Vakuumglocke 10 aufweist, die auf einer Grundplatte 10a befestigt ist und in der mit Hilfe einer (nicht dargestellten) Vakuumpumpe ein geeignetes Vakuum aufgebaut wird. Ein konischer Rotor 12 ist auf der Ausgangswelle eines an der Außenseite der Vakuumglocke angeordneten Getriebemotors 14 montiert. Der Rotor 12 wird in seinem Mittelpunkt über eine Rohrleitung 16 gespeist, welche zum Beispiel die Grundplatte 10a der Vakuumglocke durchquert und über deren Außenseite mit dem zu destillierenden Produkt gespeist wird. Eine in der Rohrleitung 16 angeordnete Verdrängerpumpe 18 erlaubt es, das zu destillierende Produkt mit einem konstanten Durchsatz, der je nach dem zu verarbeitenden Produkt regulierbar ist, an den Mittelpunkt des Konus 12 zu liefern. Der Konus 12 besteht aus einem metallischen Werkstoff und wird mit Hilfe einer Induktionsheizung beheizt, welche später noch beschrieben wird, um eine kontrollierte Verdampfung einer flüchtigen Fraktion der Flüssigkeit zu bewirken. Die Grundplatte 10a enthält Auslaßbohrungen 20 und 22, um die verdampfte und dann kondensierte Fraktion auf der Vakuumglocke aufzufangen und um auch die nicht verdampfte Fraktion, welche unter der Wirkung der Fliehkraft an der Peripherie des Konus ausgetreten ist, in einer geeigneten Rinne 24 aufzufangen.
Diese Mittel sind mit Ausnahme der Heizvorrichtung klassische Elemente und werden daher hier nicht im Einzelnen beschrieben.
Die Heizvorrichtung enthält eine Vielzahl von Induktoren (die weiter unten noch beschrieben werden), welche schematisch mit der Bezugsnummer 100 gekennzeichnet werden und die unterhalb des Rotors spiralenförmig aufgewickelt sind. Diese Induktoren werden mit Hilfe eines Generators 102 gespeist, der über einen Transformator 106 und einen Kondensator 108 an die Netzspannung 104 angeschlossen ist. Vorzugsweise liegt die Frequenz der abgegebenen Induktionsspannung zum Beispiel zwischen 1 und 30 kHz, und vorzugsweise zwischen 5 und 25 kHz. Die Induktoren bestehen vorzugsweise aus hohlen Metallrohren, wie zum Beispiel Kupferrohren, welche durch einen flüssigen Kühlkreis (zum Beispiel mit Hilfe von Wasser) gekühlt werden, welcher Rohrleitungen 110 und einen Wärmetauscher 112 aufweist. Dieser Kühlkreis 110, 112 kann, wie dargestellt, ebenfalls dafür verwendet werden, um den Transformator 106 zu kühlen.
In diesem Zusammenhang ist zu beachten, daß es bei einer Verwendung für Induktoren aus gekühlten Rohren nach einer bevorzugten Ausführungsart der Erfindung möglich ist, diese Induktoren in unmittelbahrer Nähe des Rotors anzuordnen, um so den Wirkungsgrad der induktiven Kopplung zu optimieren. Genauer gesagt, aufgrund dieser Kühlung induziert die von dem Rotor in Richtung der Induktoren abgestrahlte starke Hitze keine übermäßige Erwärmung dieser Induktoren.
Ein solche Eigenschaft erlaubt es insbesondere, die an den Rotor abgegebene Wärmeleistung dadurch zu erhöhen, daß die Stromstärke in den Induktoren erhöht wird.
Konkret gesagt, beträgt der Abstand zwischen dem oder den Induktoren und dem Rotor vorteilhafterweise maximal 5 mm, und liegt vorzugsweise zwischen 1 und 3 mm, und noch bevorzugterweise bei etwa 2 mm.
Nach einem wesentlichen Aspekt der vorliegenden Erfindung werden, um auf den Rotor eine Heizkraftdichte zu beaufschlagen, welche in radialer Richtung ein Profil hat, das für die Verarbeitung gut geeignet ist, mindestens zwei konzentrische Induktoren verwendet, die vorzugsweise durch Umwicklung eines Metallrohres mit einer konischen Spirale hergestellt werden.
Zweck einer solchen Anordnung der Induktoren ist es insbesondere, auf den Konus 12 eine Heizkraftdichte zu beaufschlagen, welche im Vergleich zu einem Mittelwert in dessen Mittelpunkt höher und an seinen Rändern niedriger ist, um so die in der Beschreibungseinleitung berichteten Nachteile einer mit nur einem Induktor ausgestatteten Vorrichtung zu vermeiden. Es wurde festgestellt, daß man dieses Ergebnis dann erreichen kann, wenn man die beiden (oder mehreren) Induktoren parallel mit Hilfe des gleichen Generators speist. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit mehreren konzentrischen Induktoren kann durch zweckmäßige Auswahl der Position und der Abmessungen des Kranzes, in dem die einzelnen Induktoren angeordnet sind, ein großer Umfang von Profilen der Heizkraftdichte entlang einem Radius des Rotors erreicht werden.
Nachstehend wird mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 eine bevorzugte Anordnung der Induktoren beschrieben. Die Figuren zeigen den konischen Rotor 12 sowie drei konzentrische Induktoren, das heißt, einen unteren Induktor 100a, einen zwischengeschalteten Induktor 100b und einen äußeren Induktor 100c. Der zwischengeschaltete Induktor erlaubt eine gleichmäßige Verringerung mit geringem Gefälle der Heizkraftdichte zwischen dem Bereich in der Nähe des Mittelpunktes des Rotors und seinem Randbereich.
In diesem Beispiel besteht der Rotor 12 vorzugsweise entweder aus einem rostfreien Stahl oder aus einem Verbundwerkstoff mit einer Deckschicht aus rostfreiem Stahl mit Lebensmittelqualität (auf der Seite der Flüssigkeit), wie zum Beispiel vom Typ 316, sowie aus einer zwischengelagerten Schicht aus Aluminium und einer unteren Schicht aus magnetischem rostfreien Stahl. Ein solcher Verbundwerkstoff ist insbesondere unter der Handelsbezeichnung "Duranell" (eingetragenes Warenzeichen) bekannt. Ein solcher Verbundwerkstoff ist deshalb vorteilhaft, weil er eine gute induktive Kopplung ermöglicht, obwohl er einen Stahl mit Lebensmittelqualität (Typ 316) enthalten muß, dessen magnetische Qualitäten per se ungeeignet sind. Genauer gesagt, gewährleistet die untere Schicht aus Magnetstahl eine wirksame Kopplung mit den Induktoren, während die Qualitäten der Wärmeleitung der zwischengelagerten Schicht aus Aluminium eine Weiterleitung der in der unteren Schicht durch Induktion erzeugten Wärme in die obere Schicht gewährleisten.
Als Variante kann man für den Rotor einen Verbundwerkstoff verwenden, welcher eine zentrale Schicht aus einem weichen Stahl und zwei äußere Schichten aus Magnetstahl aufweist, die Lebensmittelqualität haben, soweit dies erforderlich ist. Insbesondere kann die Art Verbundwerkstoff eingesetzt werden, welche unter der Handelsbezeichnung "Triplan" (eingetragenes Warenzeichen) bekannt ist.
Der Rotor hat vorzugsweise eine Dicke in der Größenordnung von 5 mm.
Jeder der Induktoren ist unterhalb der konischen Fläche des Rotors 12 in einem ausreichend kleinen Abstand angeordnet, der üblicherweise 2 mm oder weniger beträgt, um so einen guten Wirkungsgrad der Aufheizung zu erreichen.
In diesem Beispiel ist jeder der einzelnen Induktoren aus einem Kupferrohr hergestellt, welches einen Außendurchmesser von 10 mm und eine Wanddicke von 1 mm hat. Die Windungen der Induktoren haben jeweils eine konstante Gewindesteigung von etwa 14 mm.
In der Fig. 4 ist das entsprechende elektrische Schaltschema dargestellt, welches den parallelen Anschluß der drei Induktoren 100a, 100b und 100c an dem gleichen Generator 102, 106 und 108 zeigt.
Konkret gesagt, wurde eine Heizvorrichtung durch Induktion für einen Rotor aus einem rostfreien Stahl mit Lebensmittelqualität mit einer Wanddicke von 5 mm und einem Durchmesser von 90 cm untersucht. Die Zone, in der eine Aufheizung erfolgen sollte, bestand aus einem Kranz mit einem inneneren Radius von 66 mm und einem äußeren Radius von 417 mm. Die gesamte auf den Konus zu beaufschlagende Energieleistung betrug etwa 50 kW. Außerdem sollte das Verhältnis zwischen den Energiedichten im unteren Bereich des Kranzes und seinem äußeren Bereich in der Größenordnung von 5 bis 6 liegen. Die Frequenz des Speisestroms der Induktoren betrug 27 kHz.
Nachstehend werden die Charakteristika der einzelnen Induktoren der Heizvorrichtung angegeben, welche diesen Kriterien entsprechen: Induktor innen intermediär außen
darin bedeutet:
N: Anzahl der Windungen;
D1: innerer Radius in Millimetern des den Induktor enthaltenenden Kranzes;
D2: äußerer Radius in Millimetern des den Induktor enthaltenden Kranzes;
V: Speisespannung in Volt;
I: Stromstärke im Induktor in Ampères;
P: vom Induktor abgegeben Gesamtleistung in Kilowatt;
D: flächenbezogene Stromdichte der (theoretischen) Leistung in W/cm².
In diesem Fall stellt man fest, daß das theoretische Verhältnis zwischen der von dem inneren Induktor gelieferten Energiedichte und der von dem äußeren Induktor gelieferten Energiedichte etwa 5 beträgt.
In der Fig. 5 ist das Profil der Energiedichte dargestellt, welches konkret entlang einem Radius des Konus erreicht wird. Genauer gesagt, wurden sechs Thermoelemente in regelmäßigen Abständen entlang dem Radius angeordnet und es wurde jedesmal ab dem Einschalten der Induktionsheizung die Geschwindigkeit des Temperaturanstieges an der Innenfläche des Konus (in ºC pro Sekunde) gemessen, wobei diese Geschwindigkeit direkt proportional zu der effektiv beaufschlagten Energiedichte ist. Die Kurve 200 zeigt schematisch die Entwicklung der Energiedichte als Funktion des Radius r auf dem Konus (Abszisse).
In der Praxis beobachtet man aufgrund verschiedener Kanteneffekte der thermischen Leitfähigkeit des Werkstoffes des Rotors 12 nicht drei deutliche Stufen, welche den jeweils von den drei Induktoren gelieferten Energiedichten (theoretische Situation) entsprechen, sondern eine allmählichere Entwicklung, welche durch einen relativ raschen Anstieg der Energiedichte ab dem kalten zentralen Bereich bis zur Mitte des inneren Induktors 100a (gekrümmter Bereich 201) gekennzeichnet ist, gefolgt von einem allmählicheren und langsameren Absinken dieser Energiedichte bis zur äußeren Grenze des äußeren Induktors 100c (gekrümmter Teil 202). Dieses geringere Gefälle wird mit Hilfe des zwischengelagerten Induktors erreicht, welcher selbst eine Energiedichte liefert, die zwischen der Energiedichte der inneren und äußeren Induktoren liegt. Außerdem liegt das Verhältnis zwischen der maximalen Energiedichte (bei Unterbrechung des Gefälles zwischen den gekrümmten Teilen 201 und 202) und der minimalen Energiedichte (an der äußeren Grenze des äußeren Induktors 100c) in der Größenordnung von 6,3. In der Praxis erweist sich dieses Profil für den Großteil aller üblicherweise durchgeführten Molekular-Destillationen als geeignet, unabhängig davon, ob es sich nun um den Bereich der Pharmacie, der Kosmetik, der Parfümerie oder der agraren Ernährung handelt.
In diesem Zusammenhang wird man feststellen, daß es der Einsatz einer Aufheizung des Rotors durch Induktion, verbunden mit der oben erwähnten Erreichung eines variablen Profils der Energiedichte erlaubt, auf die zu destillierende Flüssigkeit eine höhere Heizkraft zu beaufschlagen, als man dies im Stand der Technik mit einer Heizung mit Hilfe von Widerständen erreichen konnte, ohne damit eine übermäßige Aufheizung der behandelten Flüssigkeit zu bewirken. Konkret gesagt, kann man einen Durchsatz erreichen, welcher um etwa 50% höher liegt, als der Durchsatz, welchen man mit klassischen Methoden erreichen kann.
In der Fig. 6 ist im Detail ein Beispiel für den Anschluß der drei Induktoren 100a, 110b, 100c an der Außenseite der Vakuumglocke dargestellt. Diese drei Induktoren sind mit zwei im Inneren der Vakuumglocke angeordnete Kollektoren 110, 112 verbunden, welche zum Beispiel die Form von Kupferrohren mit einem größeren Durchmesser haben, und zwar zum Beispiel durch Verschweißung, um auf diese Weise ihre parallele Versorgung mit Strom und Kühlwasser zu gewährleisten. Diese Kollektoren 110, 112 durchqueren die Basisplatte oder Rückwand 10a der Vakuumglocke 10.
Die Wand 10a enthält zu diesem Zweck eine Öffnung 10b, in welche ein Teil eingreift, das einen Verschluß 300 bildet, der zum Beispiel aus Polytetrafluorethylen bestehen kann, und den zwei Gewindebohrungen durchqueren, welche parallel zueinander im Paßsitz die beiden Enden von Rohren 110, 112 aufnehmen. Der Verschluß 300 enthält an seinem Ende gegenüber der Innenseite der Umgrenzung einen Flansch 301, an dem ein gleichartiger Flansch 311 eines Anschlusses für Fluide und Strom anliegt, welcher durchgehend mit der Bezugsnummer 310 gekennzeichnet wird und ebenfalls aus Polytetrafluorethylen hergestellt ist. Eine zum Beispiel aus Aluminium bestehende Spannhülse 320 kann mit Hilfe von (nicht dargestellten) Schrauben an der Wand 10a befestigt werden, um den Zusammenbau zu verspannen und die beiden Flansche 301 und 311 gegen diese Wand zu drücken. Während der Verspannung sorgen O-Ringe 330, 331 und 332 für die zwischen den verschiedenen Bauelementen erforderliche Abdichtung.
Die Bezugsnummer 340 bezeichnet zwei Verbindungswürfel aus Kupfer für die Beaufschlagung der elektrischen Energie auf die beiden Enden des Induktors, die über entsprechende Kabel weitergeleitet wird, welche von dem Generator abgehen.
Schließlich sind unter der Bezugsnummer 350 zwei Anschlüsse für die Zirkulierung von kaltem Wasser für die Kühlung der Induktoren 100a, 100b und 100c gekennzeichnet.
In diesem Zusammenhang kann man feststellen, daß durch die Tatsache, daß die Enden der Rohre 110, 112 in unmittelbarer Nähe zueinander bei der Durchquerung der Umgrenzungswand das Magnetfeld in diesem Bereich verringert wird, da diese Rohrabschnitte von zwei identischen, jedoch zueinander entgegengesetzten Stromstärken durchströmt werden. Dies verringert wiederum die Aufheizung der sich in diesem Bereich befindenden Metallteile.
Um dieses Feld im Bereich der Durchquerung der Wand vollkommen zu annullieren, kann man als Variante die Rohre an dieser Stelle konzentrisch anordnen.
Obwohl dies bisher nicht im Einzelnen beschrieben worden ist, können die Induktoren der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegen die Umgebung der Vakuumglocke isoliert werden. Auf diese Weise kann vermieden werden, daß die während dem Destillationsprozeß erzeugten Dämpfe mit den Rohren in Berührung kommen, was entweder eine Korrosion und eine Beschädigung der Rohre verursachen kann, oder aber eine Verunreinigung der Dämpfe und eine Beeinträchtigung der wie oben erklärt abgetrennten Produkte.
In einer grundsätzlichen Ausführungsform können die Induktoren mit einer Umhüllung aus einem geeigneten Kunststoff versehen werden.
Nach einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können die Induktoren jedoch in einer Art und Weise umhüllt werden, welche nachstehend in Bezug auf die Fig. 7a bis 7d beschrieben wird.
Um der Induktionsheizung einen ausreichenden Wirkungsgrad zu verleihen, sei zuerst einmal daran erinnert, daß es unbedingt erforderlich ist, daß sich die Induktoren so nahe wie möglich an der unteren Fläche des Destillationskonus befinden, jedoch ohne daß die Gefahr besteht, daß sie die Drehbewegung dieses Konus beeinträchtigen oder bremsen.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zuerst einmal mit Hilfe des Konus 12, welcher als Abdruckform verwendet wird, eine Schablone hergestellt. Vorzugsweise wird (Fig. 7a) auf die Oberfläche des umgedrehten Konus eine dünne Schicht 120 aus einem mit Glasfasern verstärkten Harz aufgegossen. In der Praxis wird die Dicke dieser Schicht vorzugsweise so gewählt, daß sie entweder gleich dem Abstand ist oder aber vorzugsweise deutlich unter dem Abstand liegt, den man schließlich zwischen den Rohren der Induktoren und dem Konus erreichen will. Konkret gesagt, kann dieser Abstand 1 mm betragen.
Diese steife Schicht konstanter Dicke wird dann von dem Konus abgetrennt und als Schablone für die Positionierung der Rohre der Induktoren verwendet, wie dies in der Fig. 7b dargestellt ist. Genauer gesagt, wird sichergestellt, daß jedes Rohr, wenn es in Form einer konischen Spirale gebogen ist, um dem Induktor seine Form zu geben, ständig mit dieser Schablone in Berührung bleibt.
Sobald die Induktoren (in diesem Fall insgesamt drei Stück) hergestellt und in geeigneter Weise befestigt worden sind, gießt man über den Zusammenbau aus der Schablone 120 und den Rohren 100a, 100b, 100c eine dickere Harzschicht 122, die eventuell verstärkt sein kann (Fig. 7c). Die Dicke dieser zweiten Schicht 122 liegt wesentlich über dem Außendurchmesser der Rohre, und beträgt zum Beispiel 20 bis 30 mm, damit diese Rohre darin eingebettet und nach Verfestigung sicher gehalten werden. Wie dargestellt, können die Befestigungslaschen 124 in dieser zweiten Schicht verankert werden.
Dieser fertiggestellte Zusammenbau wird dann zum Beispiel vorzugsweise mit Hilfe der Laschen 124 in einer geeigneten Position unter dem Rotor 12 so befestigt, daß zwischen diesem Zusammenbau und dem Rotor ein Freiraum verbleibt, welcher so gering wie möglich ist, der aber wiederum nicht so klein ist, daß er die Drehbewegung dieses Rotors bremst oder sogar verhindert (Fig. 7d). Auf diese Weise wird ein Zusammenbau aus Rotor und Induktoren hergestellt, bei dem der Abstand zwischen der unteren Fläche des Rotors und den Induktoren so gering und gleichmäßig wie möglich gehalten wird, um auf diese Weise den Wirkungsgrad der Aufheizung des Rotors durch Induktion zu optimieren.
Der Teil der Induktionsrohre, welcher während des Gußvorganges nicht beschichtet wird, und insbesondere der Teil zwischen den eigentlichen Induktoren und der weiter oben in Bezug auf die Fig. 6 beschriebenen Wanddurchquerung, kann mit einem geeigneten Kunststoff, wie zum Beispiel einem Harz beschichtet werden.
Selbstverständlich kann der Fachmann die erfindungsgemäßen Konzepte an aus beliebigen Werkstoffen und mit beliebigen Abmessungen hergestellte Rotoren und auch an verschiedene Destillationsbedingungen anpassen.
Weiterhin ist zu beachten, daß, obwohl in der vorstehenden Beschreibung angegeben worden ist, daß die Gewindesteigung der Spiralen der einzelnen Induktoren konstant ist, diese Gewindesteigung selbstverständlich variabel gestaltet werden kann, was erlaubt, im Bedarfsfall das radiale Profil des Heizkraftprofils noch feiner einzustellen.

Claims

1. Vorrichtung zur Molekular-Destillation enthaltend einen drehend angetriebenen konusförmigen metallischen Rotor (12), welcher in seinem Zentrum mit einer zu destillierenden Flüssigkeit befüllt wird, mit einer eine Umgrenzung bildenden Vakuumglocke (10), in welcher der Konus und eine Induktionsheizung des Rotors aufgenommen sind, die über diesem und in seiner Nähe angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizvorrichtungen mindestens zwei konzentrische Induktoren (100a, 100b, 100c) enthalten, welche an homologe Bereiche des Rotors unterschiedliche Heizkraftdichten liefern, und dadurch, daß ein innerer Induktor (100a) an den Rotor eine Heizkraftdichte liefert, die höher ist, als die Heizkraftdichte, welche dem Rotor durch einen äußeren Induktor (100c) zugeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei konzentrische Induktoren (100a, 100b, 100c) mit einem zwischengelagerten Induktor (100b) vorgesehen sind, welcher die Heizkraftdichten liefert, die zwischen den Heizkraftdichten liegen, welche von den inneren und äußeren lnduktoren (100a, 100b) geliefert werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Induktoren ein benachbarte Anzahl von Windungen aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktoren parallel mit Hilfe eines gemeinsamen Wechselstromgenerators versorgt werden.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen der Heizkraftdichte, die von dem inneren Induktor auf den Rotor beaufschlagt wird, und der Heizkraftdichte, welche von dem äußeren Induktor beaufschlagt wird, in der Größenordnung von 5 bis 6 liegt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer der Induktoren eine Vielzahl von Windungen mit unterschiedlichen Gewindesteigungen aufweist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus einem Verbundwerkstoff hergestellt ist, welcher eine Obere Schicht aus rostfreiem Stahl mit Lebensmittelqualität aufweist, sowie eine Zwischenschicht aus einem gut wärmeleitenden Metall und eine untere Schicht aus magnetischem rostfreien Stahl.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktoren mit Kühlvorrichtungen ausgerüstet und in einem Abstand von etwa 5 mm von dem unteren Rotor angeordnet sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktoren von dem Rotor in einem Abstand angeordnet sind, welcher zwischen etwa 1 bis 3 mm liegt.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der Induktoren in Form von mindestens einem in Spiralen gewickelten hohlen Metallrohr hergestellt ist, in dem eine Kühlflüssigkeit zirkuliert.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens zwei konzentrische Induktoren aufweist,, welche parallel mit Kühlflüssigkeit versorgt werden.

12. Verfahren für die Herstellung eines aus einem konischen Rotor und Induktoren bestehenden Zusammenbaus für eine Vorrichtung zur Molekular-Destillation nach einem der vorausgegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

- Beschichten der unteren Fläche des Rotors (12) mit einer dünnen Schicht (120) aus verstärktem Kunststoff weitgehend einheitlicher Dicke,

- Entfernung dieser Schicht vom Rotor nach der Aushärtung,

- Herstellung der aus verformbaren Metallrohren bestehenden Induktoren (100a, 100b, 100c) unter Verwendung der dünnen Schicht (120) als Schablone, an die die Rohre in Form von konzentrischen konischen Spiralen eng befestigt werden,

- Beschichtung der auf der dünnen Schicht (120) positionierten Rohre mit einer zweiten Schicht (122) aus Kunststoff, welche die Induktoren überdeckt und sich mit der Schicht aus verstärktem Kunststoff verbindet, und

- Befestigung des so erhaltenen Verbundes in einem geeigneten Abstand oberhalb des Rotors.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schritt der Überlagerung der Schritt der Positionierung von Befestigungsösen (124) vorausgeht, welche von dem Überlagerungsmaterial aufgenommen werden können.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der dünnen Schicht aus verstärktem Kunststoff (120) so gewählt wird, daß sie etwas geringer ist, als der Abstand, welcher die Induktoren von der unteren Fläche des Rotors trennt.