DE945415C

DE945415C - Device for the treatment of liquids by means of ultrasound

Info

Publication number: DE945415C
Application number: DES5947D
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Eugen Sauter
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1940-12-24
Filing date: 1940-12-24
Publication date: 1956-07-05

Description

Einrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten mittels Ultraschalls Es ist bereits eine Einrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten mittels Ultraschall vorgeschlagen worden, bei welcher die Einwirkung der Ultraschallenergie auf die Flüssigkeit in einem geschlossenen Durchflußgefäß erfolgt, das mit dem Ultraschallerzeuger ganz oder teilweise in einem dielektrischen Medium angeordnet ist. Das Durchflußgefäß wird vorteilhaft als Dose ausgebildet, die aus einem die Flüssigkeitszu- und -ableitung aufweisenden Ring und je einer oberen und unteren Abdeckung besteht.Device for the treatment of liquids by means of ultrasound It is already a device for the treatment of liquids by means of ultrasound have been proposed in which the action of the ultrasonic energy on the Liquid takes place in a closed flow-through vessel, which is connected to the ultrasonic generator is arranged wholly or partially in a dielectric medium. The flow-through vessel is advantageously designed as a box that consists of a liquid inlet and outlet having a ring and an upper and a lower cover.

Die Erfindung betrifft eine vorteilhafte Weiterbildung dieser oben beschriebenen Einrichtung, und zwar dahingehend, daß durch die neue Einrichtung eine weitgehende Vergleichmäßigung der Zuführung des zu behandelnden Gutes in dem Behandlungsraum und damit eine besonders vorteilhafte Einwirkung der intensiven Ultraschallschwingungen erreicht wird. The invention relates to an advantageous development of the above described facility, to the effect that by the new facility an extensive equalization of the supply of the goods to be treated in the Treatment room and thus a particularly beneficial effect of the intensive Ultrasonic vibrations is achieved.

Auch beim Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht also das als Dose ausgebildete Durchflußgefäß aus einem die Flüssigkeitszu- und -ableitung aufweisenden Ring und je einer oberen und unteren Abdeckung. Erfindungsgemäß ist jedoch der Ring als hohle, z. B. rohrförmige Flüssigkeitsführung mit Verbindungskanälen zum Innern der Dose ausgebildet. This also applies to the subject matter of the present invention Flow vessel designed as a can from a liquid inlet and outlet having a ring and an upper and a lower cover. According to the invention however, the ring as a hollow, e.g. B. tubular liquid guide with connecting channels designed for the inside of the can.

Der für den Aufbau des dosenförmigen Behandlungsgefäßes wichtige, z. B. aus Metall oder Keramik bestehende Ring ist bei der neuen Einrichtung gleichzeitig ein wesentliches Element der Flüssigkeitszuführung und -verteilung. Weitere Einzel- heiten der Erfindung werden im folgenden in den in der Zeichnung dargestellten schematischen Ausführungsbeispielen erläutert. The important for the construction of the can-shaped treatment vessel, z. B. made of metal or ceramic ring is in the new facility at the same time an essential element of fluid supply and distribution. More single units of the invention are shown below in the schematic shown in the drawing Embodiments explained.

In der Fig. I ist ein als Flüssigkeitsführung ausgebildeter Ring im Grundriß dargestellt. An dem zweckmäßig kreisförmigen Ring I ist für die Zuführung der Flüssigkeit ein Anschlußstutzen 2 angebracht. Auf der Innenseite 3 des Ringes sind, und zwar auf seinem ganzen Umfang und in möglichst gleichmäßigen Abständen, mehrere Bohrungen 4 vorgesehen, aus denen die Flüssigkeit in den von dem Ring und den in der Figur nicht eingezeichneten Abdeckungen umschlossenen B ehandlungsraum 5 strömt. Der Abfluß der Flüssigkeit erfolgt durch eine Leitung, die entweder- seitlich durch den Ring oder durch eine der Abdeckungen hindurchgeführt ist. Der Teil I kann im Querschnitt verschieden geformt sein; zweckmäßig weist der Ring einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt auf, wie z. B. ein gezogenes Vierkantrohr. In FIG. I is a ring designed as a liquid guide shown in plan. At the appropriate circular ring I is for the feed a connection piece 2 attached to the liquid. On the inside 3 of the ring are, over its entire circumference and as evenly as possible, several holes 4 are provided, from which the liquid in the of the ring and The treatment room enclosed by the covers not shown in the figure 5 flows. The drainage of the liquid takes place through a line, which either-side is passed through the ring or through one of the covers. Part I can be shaped differently in cross-section; the ring expediently has a rectangular one or square cross-section, such as B. a drawn square tube.

In der Fig. 2 ist eine Beschallungseinrichtung im Aufriß dargestellt, bei der der Behandlungsraum und der Schwingungserzeuger voneinander getrennt sind. Der Behandlungsraum 5 wird seitlich begrenzt von dem im Querschnitt viereckigen Ring 1 mit runder Bohrung, an dem die Zuführung 2 und die Ausströmungsöffnüngen 4 augebracht sind. Auf der Unterseite des Ringes wird der von diesem umschlossene Behandlungsraum 5 -durch die als Membran ausgebildete Abdeckung 6 und auf der Oberseite durch die plattenförmig ausgebildete Abdeckung 7 begrenzt. In der zuletzt genannten Abdeckung ist die Abführungsleitung 8 angebracht. Es steht selbstverständlich nichts im Wege, auch die obere Abdeckung als Membran auszubilden. Unterhalb des Durchflußgefäßes befindet sich ein in an sich bekannter Weise ausgebildeter Schwingungserzeuger, der, wie in dem in der Fig. 2 dargestellten Beispiel, aus einem Quarzschwinger g an sich bekannter Ausbildung, der Belegung I0 und der Luftdose II besteht. Die Gesamteinrichtung ist in bekannter und nicht dargestellter Weise in einem Behälter untergebracht, der mit einem geeigneten dielektrischen Medium, z. B. mit 01, gefüllt ist. Die Ubertragung der Ultraschallwellen vom Schwinger 9 auf das durch den Behandlungsraum 5 hindurchströmende Gut erfolgt in der üblichen Weise. Die beschriebene Ausbildung des Ringes I gewährleistet eine sehr gleichmäßige Behandlung des Gutes während des Durchflusses durch die beschallte Zone. Die Entfernung der Membran 6 von der Quarzfläche 10 ist zweckmäßig ein ganzzahliges Vielfaches einer halben Wellenlän,ge der sich ausbilidenden Schwingingen. In Fig. 2, a sound system is shown in elevation, in which the treatment room and the vibration generator are separated from each other. The treatment room 5 is laterally bounded by the square in cross-section Ring 1 with a round hole, on which the inlet 2 and the outflow openings 4 are deployed. On the underside of the ring is the one enclosed by this Treatment room 5 through the cover 6 designed as a membrane and on the top limited by the plate-shaped cover 7. In the latter Cover is attached to the discharge line 8. Of course there is nothing in the way of also forming the upper cover as a membrane. Below the flow-through vessel there is a vibration generator trained in a manner known per se, which, as in the example shown in FIG. 2, consists of a quartz oscillator g known training, the occupancy I0 and the air socket II. The overall facility is housed in a container in a known and not shown manner, with a suitable dielectric medium, e.g. B. with 01 is filled. The transfer of the ultrasonic waves from the oscillator 9 to the one flowing through the treatment room 5 Well done in the usual way. The described formation of the ring I guaranteed a very even treatment of the material as it flows through the sonicated Zone. The distance of the membrane 6 from the quartz surface 10 is expediently an integer Multiples of half a wavelength, ge of the swinging vibrations that are formed.

In der Fig. 3 ist die Anordnung des Behandlungsgefäßes und des Schwingers so getroffen, daß beide Teile miteinander unmittelbar in Berührung stehen. Dabei wird die untere Begrenzung des Behandlungsraumes 5 nicht wie in der Fig. 2 durch eine besondere Membran; sondern durch die Belegung 10 des Schwingers g gebildet. 3 shows the arrangement of the treatment vessel and the oscillator taken so that both parts are in direct contact with one another. Included the lower delimitation of the treatment room 5 is not, as in FIG. 2, through a special membrane; but formed by the occupancy 10 of the oscillator g.

Die Befestigung der oberen und unteren Abdeckungen des Behandlungsraumes 5 mit dem Ring I muß flüssigkeitsdicht sein und kann, wie in der Fig. 2 dargestellt, unmittelbar vorgenommen werden, z. B. durch Verlöten, so daß das Durchflußgerät ausgesprochen dosenartigen Charakter hat Zweckmäßig ist es jedoch in vielen Fällen, zwischen den oberen und unteren Abdeckungen bzw. den Begrenzungen des Behandlungsraumes 5 und dem Ring I Dichtungen vorzusehen. In diesem Falle ist also, wie aus der Fig. 3 hervorgeht, zwischen der oberen Abdeckung 7 und dem Ring I sowie zwischen der Belegung 10 des Schwingers 9 und dem Teil I Je ein Dichtungsring I2 aus festem Stoff eingelegt; die Teile sind mit Hilfe von nicht gezeichneten Druckfedern so zusammengepreßt, daß eine ausreichende und vor allem dichte Verbindung zwischen ihnen besteht. Die Anpressung der Membran 10 auf den Quarzschwinger erfolgt durch die Federn 10' mit Hilfe des Ringes 10", wobei die Federn zwischen der Abdeckung und dem Schwinger angeordnet sind. The fastening of the upper and lower covers of the treatment room 5 with the ring I must be liquid-tight and can, as shown in Fig. 2, be made immediately, e.g. B. by soldering, so that the flow device has a decidedly can-like character However, in many cases it is useful to between the upper and lower covers or the boundaries of the treatment room 5 and the ring I seals. In this case, as shown in Fig. 3 shows between the top cover 7 and the ring I and between the Assignment 10 of the oscillator 9 and part I each have a sealing ring I2 made of solid material inserted; the parts are pressed together with the help of compression springs (not shown), that there is a sufficient and above all close connection between them. the The diaphragm 10 is pressed onto the quartz oscillator by the springs 10 ' Using the ring 10 ", the springs between the cover and the transducer are arranged.

Als Schwingungserzeuger eignen sich für die Einrichtung alle bisher bekannten piezoelektrischen oder magnetostriktiven Schwinger. So far, all of them are suitable as vibration generators for the facility known piezoelectric or magnetostrictive oscillators.

Während die untere Begrenzung des Behandlungsraumes 5 aus einer Membran, zweckmäßig einer Alüminiummembran, bzw. aus der Schwingerbelegung besteht, kann die obere Begrenzung7 ebenfalls durch eine Membran oder auch durch eine Metallplatte gebildet werden. Im zuletzt genannten Falle wird die Dicke der Metallplatte so bemessen, daß sie ein ungeradzahliges Vielfaches einer Viertelwellenlänge der in ihr entstehenden Schwingungen beträgt. Diese Maßnahme hat zur Folge, daß die reflektierte Ultraschallenergie Größtwerte annimmt und sich im Innern des Behandlungsraumes 5 ausgeprägte stehende Wellen--bilden. Aus dem gleichen Grund wird die Höhe des Behandlungsraumes so bemessen, daß der Abstand der unteren von der oberen Begrenzung des Raumes ein ungeradzahliges Vielfaches einer Viertelwellenlänge beträgt. Zweckmäßig ragt die obere Platte 7 bei der Anordnung des Gerätes in dem mit einem flüssigen dielektrischen Medium gefüllten Behälter aus dem Dielektrikum heraus, da auf diese Weise eine Steigerung der Reflexion der Ultraschallenergie-zustande kommt. Die Anordnung der Luftdose 11 auf der Unterseite des Schwingers verhindert in bekannter Weise-eine zu weitgehende Energieabstrahlung von dieser Fläche aus. While the lower boundary of the treatment room 5 consists of a membrane, expediently an aluminum membrane, or consists of the transducer occupancy, can the upper limit7 also by a membrane or also by a metal plate are formed. In the latter case, the thickness of the metal plate is dimensioned so that that it is an odd multiple of a quarter wavelength of that arising in it Vibrations. This measure has the consequence that the reflected ultrasonic energy Assumes maximum values and there are pronounced standing in the interior of the treatment room 5 Waves - form. For the same reason, the height of the treatment room is dimensioned so that that the distance between the lower and the upper boundary of the room is an odd one Is a multiple of a quarter wavelength. The upper plate 7 expediently protrudes when arranging the device in the filled with a liquid dielectric medium Container out of the dielectric, as this increases the reflection the ultrasonic energy comes about. The arrangement of the air can 11 on the bottom of the oscillator prevents excessive energy radiation in a known manner from this area.

Das vorbeschriebene Gerät eignet sich auf Grund der in dem Behandlungsrauni sich ausbildenden stehenden Schwingungen und starken Kavitationserscheinungen, insbesondere zur Sterilisation von Flüssigkeiten. The device described above is suitable on the basis of the treatment room developing standing vibrations and strong cavitation phenomena, in particular for the sterilization of liquids.

Der Aufbau einer Apparatur zur Sterilisation von Flüssigkeiten ist in der Fig. 4 dargestellt. Die zu behandelnde Flüssigkeit wird dem aus dem Durchflußgefäß I3 und dem Schwinger 14 bestehenden Gerät zugeführt, in dem die Beschallung z. B. unter vermindertem Druck stattfindet. Das Gefäß I3 ist in dem dargestellten Beispiel mit zwei Be- handlungsräumen ausgebildet. Die Zuführung des Gutes zum Behandlungsgefäß I3 erfolgt durch die Leitung 15. Diese ist am Ende düsenförmig ausgebildet. Nach der Behandlung strömt die Flüssigkeit durch die Leitung 16 in den Behälter 17, in dem mittels einer Pumpe, die an die Leitung I8 angeschlossen ist, dauernd ein gegenüber der Außenatmosphäre verminderter Druck aufrechterhalten wird. Aus dem Behälter 17 kann das behandelte Gut durch den Stutzen 19 entnommen werden. The construction of an apparatus for the sterilization of liquids is shown in FIG. The liquid to be treated is taken from the flow-through vessel I3 and the transducer 14 supplied to existing device in which the sound z. B. takes place under reduced pressure. The vessel I3 is in the example shown with two action spaces trained. The supply of the goods to the treatment vessel I3 takes place through the line 15. This is nozzle-shaped at the end educated. After the treatment, the liquid flows through line 16 in the container 17, in which by means of a pump connected to the line I8 is to continuously maintain a pressure which is reduced in relation to the external atmosphere will. The treated material can be removed from the container 17 through the nozzle 19 will.

Die Erzeugung von Überdruck in dem bzw. den Behandlungsräumen kann auf eine der zahlreichen, an sich bekannten Maßnahmen geschehen und dann die Behandlung unter erhöhtem Druck durchgeführt werden. The generation of overpressure in the treatment room or rooms can on one of the numerous measures known per se and then the treatment be carried out under increased pressure.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Device for the treatment of liquids by means of ultrasound, in which the flow-through vessel, which is designed as a can, consists of a the liquid inlet and outlet having the ring and two covers, characterized in that the ring as a hollow, z. B. tubular liquid guide is formed with connecting channels to the interior of the box.

2. Device for the treatment of liquids by means of ultrasound with a power supply designed as a ring and held by means of springs for the transducer delimiting the treatment area of the can, characterized in that, that the springs are placed between the cover of the treatment room and the transducer are.

Cited publications: German patent specifications No. 630432, 666 ob7; British Patent No. 433,583; U.S. Patent Nos. 2,138,051,2163650; Bergmann, Der Ultraschall, 2nd edition, 1939, pp. 52, 56, 313.