EP0418401B1

EP0418401B1 - Verfahren zum beschleunigen von flüssigen und aufschuttbaren gütern und einrichtung zu seiner durchführung

Info

Publication number: EP0418401B1
Application number: EP90906435A
Authority: EP
Inventors: Igor Anatolievich Levin
Original assignee: MEZHOTRASLEVOI VNEDRECCHESKY TSENTR "IMPULS"
Current assignee: MEZHOTRASLEVOI VNEDRECCHESKY TSENTR "IMPULS"
Priority date: 1989-04-04
Filing date: 1990-02-14
Publication date: 1995-11-29
Anticipated expiration: 2010-02-14
Also published as: CN1054728A; US5145640A; CA2013944A1; DE59009916D1; JPH03505181A; SU1835705A1; EP0418401A4; EP0418401A1; WO1990011840A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beschleunigen von flüssigen und aufschüttbaren Gütern und eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
Weit bekannt ist die Ausnutzung von Beschleunigungen zur Behandlung verschiedener Güter durch Zentrifugieren. Dabei werden Beschleunigungen erzeugt, die durch die Bauelemente der Zentrifugalmaschine (Antrieb, Lager der Welle u. dgl.) begrenzt sind. Darüber hinaus ist für das Beschleunigen eines im Schleuderkorb der Zentrifugalmaschine befindlichen Gutes eine bestimmte Anlaufzeit erforderlich. Somit ist einmal die Behandlungsintensität wegen begrenzter Beschleunigungswerte beschränkt und es ergibt sich zum anderen eine unzureichende Leistung, da die Zentrifugalmaschine hochgefahren und abgebremst werden muß.
Weiterhin ist ein Verfahren zur Behandlung von flüssigen und aufschüttbaren Gütern bekannt, bei welchem dem zu behandelnden Gut eine Beschleunigung mit Hilfe von elektromagnetischen Impulsen erteilt wird. Dabei wird das zu behandelnde Gut in einen Behälter eingebracht, während die Impulse an den Boden des Behälters angelegt werden. Im Boden treten elastische Verformungen auf, unter deren Einfluß die Teilchen des zu behandelnden Guts eine Beschleunigung erhalten und relativ zueinander (SU, A, 775559) verlagert werden.
Als Nachteil dieses Verfahrens kann angesehen werden, daß für die elastische Verformung des Behälterbodens eine erhebliche Energie elektromagnetischer Impulse verlorengeht. Die dabei erreichten Beschleunigungen sind nicht sehr hoch (2 bis 5 g), wodurch der Behandlungsvorgang nicht intensiviert werden kann.
Aus der GB-A-2 057 655 ist ein gattungsgemäßes Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, wobei zum Trocknen einer in einem Behälter angeordneten Schüttung ein pulsierender Strom angelegt wird. Dieser Strom erzeugt in einer Spule ein elektromagnetisches Feld, welches in einem leitfähigen Material, das nahe der Spule angeordnet ist, einen Strom induziert. Durch den induzierten Strom wird eine mechanische Bewegung des Materials verursacht, wobei die an dem Material angeordnete Behälterwand mitbewegt wird. Durch diese elastische Verformung der Behälterwand wird diese einer hohen Belastung ausgesetzt, wodurch die maximale Pulsfrequenz und Flankensteigung begrenzt werden und zudem ein Energieverlust auftritt.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Beschleunigen von flüssigen und aufschüttbaren Gütern zu schaffen, bei dem die Umwandlung elektromagnetischer in mechanische Energie des zu behandelnden Guts mit minimalen Verlusten erfolgt, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens zu realisieren.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die abhängigen Patentansprüche geben vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen der Erfindung an.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Beschleunigen von flüssigen und aufschüttbaren Gütern durch Umwandlung einer elektromagnetischen Impulsenergie eines Elements zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds in eine dem zu behandelnden Gut erteilte mechanische Energie enthält die Umwandlung der Energie des elektromagnetischen Impulses in mechanische Energie mit Hilfe eines plattenförmigen Elements aus elektrisch leitendem Werkstoff. Dieses Element weist mindestens einen Freiheitsgrad in der vorgegebenen Beschleunigungsrichtung auf, wobei die entgegengesetzten Oberflächen des plattenförmigen Elements im Augenblick der Aussendung des elektromagnetischen Impulses durch das Element mit demselben bzw. dem zu behandelnden Gut in physikalischen Kontakt gebracht werden.
Es wird angenommen, daß die bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Beschleunigen der flüssigen und aufschüttbaren Güter stattfindenden Superhochbeschleunigungen (in einer Größenordnung von einigen 1000 g) dadurch erzeugt werden, daß im plattenförmigen Element ein Sekundärfeld induziert wird, welches mit dem elektromagnetischen Primärfeld des Impulsstrahlers zusammenwirkt, was zur Bildung eines mechanischen Impulses hoher Energie führt. Durch die Anordnung des plattenförmigen Elementes mit mindestens einem Freiheitsgrad in einer vorgegebenen Beschleunigungsrichtung fällt der Aufwand einer elektromagnetischen Impulsenergie für elastische Verformungen des Materials weg, das sich zwischen dem Strahler und dem zu behandelnden Gut befindet.
Die Wirkung der vorgeschlagenen Erfindung ist überraschend. So wurde bei der Durchführung von Versuchen ein Gut der Masse von 8 kg in eine Höhe von 3 bis 4 m bei einer Energie des elektromagnetischen Impulses von einigen Joules (J) geworfen.
Wenn das zu behandelnde Gut Wasser ist, ist es zweckmäßig, dessen Strom auf eine Oberfläche des plattenförmigen Elements zu richten, wobei die Aussendung der elektromagnetischen Impulse in ununterbrochenem Betrieb vorgenommen wird.
Bei einem solchen Verfahren ist eine erhebliche Intensivierung der Abkühlung, z. B. in Gradierwerken und anderen Wärmeaustauscheinrichtungen möglich.
Es ist weiterhin zweckdienlich, daß das zu behandelnde Gut einen biologischen Stoff darstellt, der zu sterilisieren ist.
Bei solch einem Verfahren ordnet man den biologischen Stoff auf nur einer Oberfläche des plattenförmigen Elements an.
Auf die Oberfläche des plattenförmigen Elements werden zweckmäßigerweise die Ströme verschiedener Materialien gleichzeitig geleitet, die einer Vermischung unterliegen.
Es ist vorteilhaft, daß die Vorderflanke des Impulses durch die Anstiegszeit festgelegt wird, die 10 bis 20 % der Impulsdauer beträgt. Dabei wird gewährleistet, daß der Impuls mit maximaler Energie gesätttigt ist, wodurch eine hohe Beschleunigung erzeugt wird, die durch hohe Intensität der Wechselwirkung des Primär- und des Sekundärfeldes im Kraftübertragungselement erzielt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird mit einer Vorrichtung durchgeführt, die eine Quelle für elektromagnetische Impulse aufweist, die mit einem Element zur Erzeugung eines elektromagnetischen Feldes in Verbindung steht, wobei erfindungsgemäß ein Wandler zur Umwandlung der Energie eines elektromagnetischen Impulses des Elements in eine mechanische Energie vorgesehen ist, welcher als plattenförmiges Element ausgebildet ist, das mit mindestens einem Freiheitsgrad angeordnet ist, wobei die eine Oberfläche des plattenförmigen Elements in physikalischen Kontakt mit dem Element steht und die andere Oberfläche zur Aufnahme des zu behandelnden Guts dient.
Es ist sinnvoll, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung mindestens ein zusätzliches plattenförmiges Element enthält, wobei die genannten plattenförmigen Elemente unter einem Winkel zueinander angeordnet sind, und daß jedes zusätzliche plattenförmige Element eine Oberfläche aufweist, die mit einem zugehörigen Element zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds in physikalischem Kontakt steht. Solch eine Vorrichtung kann, z. B., zur Vermischung von verschiedenen Gütern, zum Wärme- und Massenaustausch und zu ähnlichem verwendet werden.
Es ist zweckmäßig, die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einem Ablenker zu versehen, der in einer Entfernung von der Oberfläche des plattenförmigen Elements und parallel zur Oberfläche des letzteren angeordnet ist, die zur Aufnahme des zu behandelnden Guts dient.
Diese Vorrichtung sichert eine hohe Effektivität der Zerkleinerung und der Zerstäubung eines aufschüttbaren bzw. flüssigen Guts.
Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen beispielsweise unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
Fig. 2: ein Gradierwerk, in dem das Abkühlen von Wasser unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt;
Fig. 3: ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Sterilisierung eines biologischen Stoffes,
Fig. 4: ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Trocknen und Verdichten eines Guts,
Fig. 5: ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Vermischung von verschiedenen Materialien,
Fig. 6: eine Ausführungsform der Vorrichtung,
Fig. 7: eine andere Ausführungsform der Vorrichtung.

In der nachfolgenden Beschreibung sind die gleichen Bauelemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Zunächst soll auf Fig. 1 eingegangen werden, wo eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt ist. Die Einrichtung weist ein Element 1 zur Erzeugung eines elektromagnetischen Impulses auf, im folgenden auch mit Strahler bezeichnet, welcher mit einer Quelle 2 (einem Generator) für elektromagnetische Impulse verbunden ist.
Die Umwandlung des elektromagnetischen Impulses wird mittels eines plattenförmigen Elements 3 vorgenommen, dessen eine Oberfläche mit dem Element 1 bzw. Strahler in Kontakt steht. Ein Behälter, der durch die Wand 4 begrenzt ist, dient zur Aufnahme eines zu behandelnden Guts M, das im Augenglick der Aussendung eines Impulses in physikalischen Kontakt mit der anderen Oberfläche des plattenförmigen Elements 3 gebracht wird. Zu diesem Zweck kann das Gut M auf die Oberfläche des plattenförmigen Elements 3 im voraus aufgelegt werden und läßt sich auf dessen Oberfläche im Zeitpunkt, der der Aussendung des Impulses vorangeht, über eine Rohrleitung, durch einen Förderer u. ä. leiten. Das plattenförmige Element 3 ist aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, am besten aus Kupfer oder Aluminium gefertigt. Die Platte ist mit mindestens einem Freiheitsgrad in vorgegebener Beschleunigungsrichtung (gegebenenfalls vertikal nach oben) montiert, und ihre Verschiebung ist durch Anschläge 5 (Fig. 1) begrenzt.
Sobald von der Quelle 2 ein elektromagnetischer Impuls abgegeben wird, der vom Strahler 1 ausgesandt wird, wird mit diesem Impuls ein elektromagnetisches Sekundärfeld im plattenförmigen Element 3 induziert, wobei durch ein resultierendes Feld ein mechanischer Impuls gebildet wird, der senkrecht zur Ebene des plattenförmigen Elements 3 gerichtet ist. Hierbei wird praktisch die ganze Energie in Verschiebungen der Teilchen des zu behandelnden Guts M verwandelt, weil das frei angeordnete plattenförmige Element 3 nicht verformt wird. Die dabei entwickelbaren Beschleunigungen, die durch die Energie des Impulses und die Masse des zu behandelnden Guts bestimmt werden, erreichen Hunderte und sogar Tausende von g (Erdbeschleunigung), was eine hohe Behandlungsintensität gewährleistet. So geschieht beispielsweise beim Trocknen ein Entfeuchten unter der Wirkung von sehr großen Massenkräften, die auf jedes Teilchen wirken, außerdem kann eine Zersetzung ungleichartiger Teilchen unter Separation von Teilchen mit verschiedenem spezifischem Gewicht stattfinden, was nur unter der Wirkung von Superhochbeschleunigungen möglich ist.
Die Vorderflanke des Impulses wird durch die Anstiegszeit bestimmt, die 10 bis 20 % der Impulsdauer beträgt. Als unzweckmäßig gilt eine Anstiegszeit, die kürzer als 10 % der Impulsdauer ist, weil dabei eine Zerstörung des plattenförmigen Elements 3 infolge äußerst großer, durch Massenkräfte bedingter Beanspruchungen geschehen kann. Ist die Anstiegszeit länger als 20 % der Impulsdauer, dann wird die Energie des Impulses herabgesetzt und nehmen die dabei erhaltenen Beschleunigungen ab.
Das zu behandelnde Gut kann Wasser (oder eine andere Flüssigkeit) darstellen, dessen (deren) Strom (Fig. 2) auf eine Oberfläche des plattenförmigen Elements 3 gerichtet wird, wobei die Aussendung elektromagnetischer Impulse durch den Strahler 1 in ununterbrochenem Betrieb erfolgt. Die Wand 4 (Fig. 2) bildet ein Gradierwerk, in dem das Abkühlen von Wasser intensiver geschieht als bei üblichen Gradierwerken, was durch hohe Beschleunigungen erreicht wird. Dadurch wird es möglich, die Rückkühlwassermenge zu verringern.
In Fig. 3 ist eine Einrichtung gezeigt, in der das erfindungsgemäße Verfahren zur Sterilisierung biologischer Objekte verwendet wird, z. B. ein beliebiges biologisches Material für medizinische oder Nahrungszwecke sowie Verbandmaterialien mit biologischen Flüssigkeiten. Diese Einrichtung enthält zusätzlich Einrichtungen 15 zur Wärme- oder ionisierenden Bestrahlung. Dabei wird eine kombinierte Einwirkung auf schädliche Mikroorganismen mit hohen Beschleunigungen und einer Bestrahlung gewährleistet.
In Fig. 4 ist ein Verfahren zum Trocknen und Verdichten gezeigt, bei dem eine Kapsel 6 mit Öffnungen verwendet wird. Das Gut M wird in der Kapsel 6 untergebracht, die auf das plattenförmige Element 3 gestellt wird. Sobald ein Impuls vom Strahler (in Fig. 4 nicht gezeigt) ausgesendet wird, führt eine Superhochbeschleunigung zu einer starken Verdichtung des Guts M in der Kapsel und zum Herausdrücken der Feuchtigkeit, die über die Öffnungen 7 entfernt wird. Durch dieses Verfahren kann ein Tablettieren durchgeführt werden.
In Fig. 5 ist eine Vorrichtung zur Vermischung von zwei verschiedenen Gütern gezeigt, in der gleiche Quellen 1, 1', Strahler 2, 2' elektromagnetischer Impulse und plattenförmige Elemente 3, 3' vorhanden sind. Güter M, M' werden über Rohre 8, 8' gefördert, während den plattenförmigen Elementen 3, 3' gegenüber Ablenker 9, 9' angeordnet sind. Bei Aussendung der elektromagnetischen Impulse erfahren die Güter M, M' eine Beschleunigung in der vertikalen Richtung, werden von den Ablenkern 9, 9' zurückgeworfen, treffen einander mit hohen Geschwindigkeiten, so daß ihre intensive Vermischung, ihr Wärmeaustausch und ihre gegenseitige Zerkleinerung erfolgen. Diese Verfahren können zur Durchführung physikalischer Wechselwirkungen und chemischer Umsetzungen von verschiedenen Gütern benutzt werden.
Die in Fig. 6 wiedergegebene Vorrichtung kann als eine Variante der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtung eingesetzt werden und weist auch einen Ablenker 9 zur Zerkleinerung von Teilchen eines Guts M auf.
In der in Fig. 7 gezeigten Vorrichtung sind auch Paare von Strahlern 1, 1', Quellen 2, 2' und plattenförmigen Elementen 3, 3' vorhanden, aber sie sind einander gegenüber angeordnet. Dabei hat das plattenförmige Element 3' Rückstellfedern 10, die in Stützen 11 eingebaut sind. Diese Ausführungsform der Vorrichtung sichert eine intensive Zerkleinerung des Guts M und Vermischung desselben mit dem Gut M', das ebenfalls einer Zerkleinerung unterworfen werden kann.
Bei sämtlichen Ausführungsformen der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens muß das plattenförmige Element 3 unter Berücksichtigung der Festigkeitsbedingungen von minimaler Dicke sein.
Es ist offensichtlich, daß auch andere Ausführungsvarianten des Verfahrens und der Vorrichtungg zu dessen Durchführung möglich sind, z. B. solche, die eine Kombination von hohen Beschleunigungen mit thermischen, chemischen und anderen Wechselwirkungen bzw. Umsetzungen vorsehen.
Die Erfindung kann in verschiedenen Industriezweigen zum Trocknen, Befeuchten, Wärmeaustausch (Erwärmen oder Abkühlen) von Schütt- oder flüssigen Gütern, z. B. in der Nahrungsmittel- und der medizinisch-pharmazeutischen Industrie, bei der Herstellung von Kunststoffen, Baumaterialien usw. verwendet werden, anders gesagt überall, wo eine intensive Behandlung von Gütern erforderlich ist. Die Erfindung kann zur Tieftemperatursterilisierung verschiedener Materialien verwendet werden. Außerdem kann die Erfindung zur Tränkung, Desintegration sowie zur Entfernung von Eis und anderen Gebilden von verschiedenen Oberflächen verwendet werden.

Claims

Verfahren zum Beschleunigen von flüssigen und aufschüttbaren Gütern (M) durch Umwandlung der Energie eines durch ein Element (1) zur Erzeugung eines elektromagnetischen Felds erzeugten elektromagnetischen Impulses in mechanische Energie des zu behandelnden Guts (M), wobei die Umwandlung der Energie des elektromagnetischen Impulses in mechanische Energie mit Hilfe eines plattenförmigen Elements (3) aus elektrisch leitendem Werkstoff erfolgt, das über mindestens einen Freiheitsgrad in der vorgegebenen Beschleunigungsrichtung verfügt,
dadurch gekennzeichnet, daß
die entgegengesetzten Oberflächen des plattenförmigen Elements (3) im Augenblick der Aussendung des elektromagnetischen Impulses durch das Element (1) in physikalischen Kontakt mit dem Element (1) bzw. dem zu behandelnden Gut (M) gebracht werden.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das zu behandelnde Gut (M) Wasser ist, welches auf eine Oberfläche des plattenförmigen Elements (3) gerichtet wird, wobei die Aussendung der elektromagnetischen Impulse ununterbrochen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
das zu behandelnde Gut (M) ein biologischer zu sterilisierender Stoff ist.
Verfahren nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
der biologische Stoff in einem Behälter angeordnet ist, welcher auf einer Oberfläche des plattenförmigen Elements (3) aufgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
auf die Oberfläche des plattenförmigen Elements (3) die Ströme verschiedener Güter (M) gleichzeitig geleitet werden, die einer Vermischung unterliegen.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Vorderflanke des elektromagnetischen Impulses durch die Anstiegszeit festgelegt wird, die 10 bis 20 % der Impulsdauer beträgt.
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, mit einer Quelle (2) zur Erzeugung elektromagnetischer Impulse, die mit der Einheit (1) in Verbindung steht, und einem Wandler zur Umwandlung der Energie eines elektromagnetischen Impulses des Elements (1) in mechanische Energie, welcher als plattenförmiges Element (3) ausgebildet ist, das mit mindestens einem Freiheitsgrad angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Verschiebung des plattenförmigen Elements (3) durch Anschläge (5) begrenzt ist, eine Oberfläche desselben in physikalischem Kontakt mit der Einheit (1) zur Erzeugung elektromagnetischer Impulse steht und die andere Oberfläche zur Aufnahme des zu behandelnden Guts (M) dient.
Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens ein zusätzliches plattenförmiges Element (3) vorgesehen ist, wobei jedes zusätzliche plattenförmige Element (3) eine Oberfläche aufweist, die mit einer zugehörigen zusätzlichen Einheit (1) in physikalischem Kontakt steht.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Ablenker (9) vorgesehen ist, der beabstandet von der Oberfläche des plattenförmigen Elements (3) und parallel zur Oberfläche des letzteren angeordnet ist, die zur Aufnahme des zu behandelnden Guts (M) dient.