EP2643910A1 - Method and apparatus for preparing or processing a process material, which is surrounded by a gaseous medium, with the aid of electrical discharges - Google Patents

Method and apparatus for preparing or processing a process material, which is surrounded by a gaseous medium, with the aid of electrical discharges

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Publication number
EP2643910A1
EP2643910A1 EP11801995.9A EP11801995A EP2643910A1 EP 2643910 A1 EP2643910 A1 EP 2643910A1 EP 11801995 A EP11801995 A EP 11801995A EP 2643910 A1 EP2643910 A1 EP 2643910A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
process material
electrodes
resonant circuit
electrode
electrical
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11801995.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Carsten Leu
Stefan Gossel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Technische Universitaet Ilmenau
Original Assignee
Technische Universitaet Ilmenau
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Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Ilmenau filed Critical Technische Universitaet Ilmenau
Publication of EP2643910A1 publication Critical patent/EP2643910A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T19/00—Devices providing for corona discharge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T23/00—Apparatus for generating ions to be introduced into non-enclosed gases, e.g. into the atmosphere

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for preparing or processing a process material enclosed by a gaseous medium by means of electrical discharges
  • Process material a method and apparatus for destroying or digesting the surface and / or cells of biomass in the broadest sense
  • No. 4,838,154 A discloses a process for the pasteurization of liquid foods, in which the liquid foods to be pasteurized are prepared by means of e.g. flow tubular electrode assembly and exposed there pulsed electrical fields.
  • the pasteurization is carried out by the action of the pulsed electric fields whose field strengths are 5 - 12 kV / cm and whose pulse duration is 5 - 100 is.
  • the liquid foods to be pasteurized are each exposed to 2 to 5 pulses.
  • the electric fields used are generated here by the discharge of high-voltage capacitors on the electrode assembly.
  • the solid ⁇ body or solid fragments are in one or only low-conductivity process fluid, such as water, a high voltage insulating liquid, a water-glycol or water-alcohol mixture immersed, in which a system of high voltage and grounded electrodes protrudes.
  • electrical energy storage is a capacitor which is discharged in a discharge pulse-shaped. It follows a discharge.
  • the solids are exploded by shock waves caused by internal discharges.
  • the fields are generated in that the electrodes or electrode group on high-voltage cable and a switch or spark gap located in the tunnel-shaped reactor with a round or polygonal or at least quadrangular cross-section of dielectric material are acted upon by a Marx generator with a high voltage.
  • a Marx generator with a high voltage.
  • the reactor consists of a circular-cylindrical drum, similar to a water wheel, and conveys the lumpy process material through the process liquid, which is located in the lower half of the drum.
  • the electrodes for loading are in the deepest area.
  • the process material is, in the cases in foods or food components ⁇ or vegetable and animal fluids or non-conductive solids digestion or a machining process applied in liquid form or as disperse phase of a dispersion.
  • the digestion process is bound to a liquid which has direct contact with the electrodes.
  • water is used as Jerusalemflüs ⁇ fluid.
  • the digestion or the preparation of the process material takes place in all known methods by the application of a high electric field strength or by the current flow through the process material to be processed (liquid or dispersion).
  • the high electrical field strength is generated in the known procedural ⁇ ren and arrangements by the discharge of high-voltage capacitors, for example by the use of Marx generators.
  • Such systems are very voluminous and massive and difficult to handle in relation to a possible application.
  • Another disadvantage is that during discharge in such systems, a current in the kilo-ampere range flows through the process material, which results in a corresponding energy turnover in the process material and thus heating of the process material.
  • charging and discharging of capacitors are lossy and always tied to time constants. The recharging of the capacitors after their discharge requires a certain amount of time, especially with large capacities as energy storage, as used in Marx generators.
  • DE 199 57 775 C1 proposes a method for modifying wood surfaces by electrical discharges at atmospheric pressure, in which an electrode is arranged opposite the wood surface to be modified and between this electrode and the wood surface a dielectric layer.
  • a alternating high voltage is applied to the electrode, whereby a "dielectrically impeded discharge” or “silent electrical discharge” (dielectric electric discharge) is formed between the dielectric layer and the wood surface to be modified.
  • the alternating high voltage may also be high voltage pulses whose distance is greater than their duration.
  • the "dielectrically impeded discharge” described here is a form of corona discharge.
  • the process presented is for cleaning the wood surface (removal of loose components), improving the gluing or coating properties of the wood surface (improving adhesion), preserving and fading the wood surface used by the action of ozone.
  • the-described ⁇ nen “dielectric barrier discharges” thus act only on the surface of the wood.
  • the gas discharge or the generated plasma is therefore a discharge, which can also be classified as a corona discharge.
  • the procedure is to place an electrode at a small distance above the surface to be treated, the electrode being encased in a solid solid state dielectric. Similar methods are also known from WO 2004/023927 AI or DE 10 2006 020 484 AI and EP 202 40 80 Bl, in each of which a dielectrically impeded gas discharge is generated, which leads to a uniform formation of the plasma.
  • Another aspect of the invention relates to the generation of high-frequency oscillations or high-frequency high voltages by resonant coupling of electrical resonant circuits.
  • numerous solutions are known (e.g., DE 1,034,766 A, DE 1,564,166 B, DE 2410060 Al, DE 8807090 Ul, DE 3923694 Cl, Cl DE 4,235,766, DE 4,438,533 Al and DE 19802662 Al).
  • corona discharges take the form of short individual pulses having a frequency of 10 ... 30 kHz, a pulse width of less than 30 ⁇ and a rise time of less than 5 is ,
  • the corona discharge occurs between two rod-shaped electrodes, each having an electrically conductive core and a dielectric sheath.
  • a first electrical resonant circuit (or primary circuit) is fed for example with a high-frequency current.
  • the disadvantage here is that additionally consuming
  • Object of the present invention is therefore to overcome the disadvantages of the prior art and to provide an improved and more energy efficient method and an associated apparatus for preparing ⁇ or processing of biological cells or of organic materials (process material).
  • process material a method and apparatus for destruction or for direct digestion, ie without conversion to a disperse or liquid phase, the Surface and / or the cells of biomass in the broadest sense (process material) to provide faster recycling of the ingredients, with a direct contact between process material and the high voltage electrodes used is not required, but not cumbersome.
  • this object is achieved by a method having the features of the first claim and by a device having the features of the eighth claim.
  • the field strength, but channel-shaped electric Gasentladun ⁇ gene which can also be characterized as physical plasmas and represent a subset of the comprehensive term physika ⁇ metallic plasmas, on the process material a which is penetrated partially or completely, which leads to an opening of the surface structure and the biological cells of the process material and thus to the release of the ingredients of the cells.
  • a low-energy discharge is generated, by which is meant, however, that a mechanical disruption of the cell ⁇ surface of the biological cells is achieved by the discharge is caused no thermal or chemical conversion or destruction of the cell itself , so the process material is not overheated. Rather, the disruption of the cells is caused by the internal discharge pressure.
  • the electrical gas discharges or physical plasmas are caused by a high-frequency high-frequency voltage which, in a particularly preferred embodiment, is generated by a device through the resonant or nearly resonant magnetic coupling of at least two electrical oscillating circuits.
  • the process material is exposed according to the invention the electrical discha ⁇ gene, the light between at least two electrodes by being transported through the discharge space.
  • one of the electrodes can also be moved relative to the process material.
  • the electrical discharge is low energy, preferably repetitive electrical gas discharges, the channel-shaped form itself (e.g., spark, streamer, Leader discharges or breakdown processes) and which are generated by applying a high frequency, repetitive high voltage to at least one of the electrodes.
  • the channel-shaped form itself e.g., spark, streamer, Leader discharges or breakdown processes
  • the shape and size of the high-voltage electrodes are adapted to the processing of the process material, the formation and spatial distribution of the electrical gas discharges and the vote of the second electrical resonant circuit of the device for performing the method or adaptable depending on the application.
  • a plurality of desired parallel gas discharge channels is produced which the be digested process material (biomass) is fully or at ⁇ least partially penetrate (physically hole) and thereby break the cell structure and destroy, so that the contents of the cells can escape (lighter).
  • the inventive method the destruction or decomposition of the surface and / or the cells of the process ⁇ good is achieved, without this resulting in such a high Ener ⁇ gieeintrag in the process material, which would result in a thermal conversion of the process good result.
  • the method according to the invention is characterized by versatile and flexible application possibilities, the gas discharges being connected with respect to their geometry and their energy content to the sequent process material by the skilled person can easily be adapted in order to achieve the aim of the invention, namely on the one hand due to the cell penetrating charge to achieve the digestion of the cell surface and on the other hand, thermal and chemical transformations largely to vermei ⁇ since such conversions of the actual use of the process material (use as biomass, extraction of biological ⁇ rule fabrics, etc.) would reluctantly.
  • the inventive method is also particularly easy to perform and adapt, because the processed material to be processed has only very little repercussions on the respective device and the electrical parameters of the Aufschluction process itself (ie the gas discharges).
  • the invention can eg for more efficient bioenergy production, for industrial purposes in sugar production, bioethanol production, oil extraction, recovery of essential oils or starch, for the pretreatment of plants or parts of plants (eg drying for the spice, tea or herbal production) or for the digestion animal cells are used for the purpose of substance separation or for further processing or for the release or penetration of substances.
  • Another advantage of the method according to the invention is that a significant and sustainable opening of the biological cells of the process material is already achieved by the low-energy but spatially extended, channel-shaped gas discharges, but the energy injected into the process can be kept very low and thus no need of Providing large energy storage such as For example, large and massive Hochhardskondensa ⁇ tors and thus the overall energy balance, for example, in the application of the method for bioenergy production can be significantly improved.
  • the process is well ⁇ conveyed through the discharge space between the high voltage electrode assembly and the high voltage electrode arrangement or at least one of the electrodes to be moved over the process material. This generates a relative movement between the process material and at least one of the electrodes.
  • electrical gas discharges or physical plasmas strike the surface of the process material to be disrupted and partially or completely penetrate the process material to be processed, which leads to an opening of the surface structure and the biological cells and thus to the release of the ingredients of the cells.
  • the electrical gas discharges or physical plasmas lead to mechanical destruction but not to thermal or chemical transformations of the process material.
  • high frequency (1 / T 0 ) repetitive gas discharges are generated from a few to a few hundred kilohertz and a repetition rate (1 / T W ) of from several tens to several hundreds of hundreds (see Fig. 9) with a limited spatial spread; which are to be classified as channel-shaped discharges, for example spark, streamer, leader discharges or breakdown processes.
  • the inventive apparatus for digestion of a process ⁇ good comprises a first and a second electrode between which a discharge space is formed.
  • a first and a second electrical resonant circuit are magnetically coupled to each other and operate in resonance or near resonance to produce clear at least one of a repeating Elect ⁇ high voltage.
  • the apparatus further comprises a means for moving the process material, or for moving Minim ⁇ least one of the high voltage electrodes.
  • the advantages of the device according to the invention can be seen especially in the fact that a preferably high-frequency high tension ⁇ voltage is generated, the electric gas discharges or physical plasmas generated predetermined characteristic and thereby reacted as little energy as possible to avoid thermal conversion process in the process material largely.
  • the device is spatially small and flexible decor with ⁇ tet, for example, to ensure the integration of the device in reactors of any shape and size.
  • the device comprises at least two electrical resonant circuits that are magnetically coupled together.
  • the power supply of the device according to the invention is primarily a mains frequency AC voltage or even when needed a DC voltage usable, which allows flexible and network and transnational use of the device and the method.
  • a mains frequency AC voltage or even when needed a DC voltage usable which allows flexible and network and transnational use of the device and the method.
  • the electrode distances of preferably up to 100 cm, more preferably overcome up to 50 cm.
  • the first comprises
  • Oscillating circuit a first inductance, a first capacitance and a passive switching element for opening and closing the first resonant circuit.
  • a switching element in the first resonant circuit is a passive switch element which independently closes the first resonant circuit to allow vibration with his Eigenf ⁇ frequency, and this then also opens again automatically to ensure recharging of the energy storage.
  • Power electronic components or complex additional circuits in the form of control circuits or frequency generators or other types of clock omitted here advantageously.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a high-voltage ⁇ electrode arrangement of a second embodiment of the device according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a high-voltage ⁇ electrode arrangement of a third embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a high-voltage ⁇ electrode arrangement of a fourth embodiment of the device according to the invention.
  • FIG. 5 shows a first preferred embodiment of a high-voltage electrode
  • FIG. 6 shows a second preferred embodiment of a high-voltage electrode
  • Fig. 7 a schematic representation of a preferred embodiment of the device according to the invention.
  • the device comprises a first high voltage electrode 1 and a second high voltage Nunging electrode 2. Between the high voltage electrodes 1, 2, a discharge space 3 is formed.
  • the electrode shape, the distance, the dielectic in the discharge space and the applied high voltage are chosen so that a large number of desired, parallel, low-energy, repetitive, electrical gas discharges or physical plasmas between the at least two high voltage electrodes 1, 2 arise.
  • a layered or mixed dielectric which includes a réelledes or to be treated process material 4 and the process material 4 surrounding gas, such as air, CO 2 , 2 .
  • an electrically insulating gas path is formed as the discharge space 3 to build up a suitable high voltage and to ignite the electrical gas discharges or physical plasmas with the required discharge characteristic.
  • the skilled person can select the appropriate parameters based on his knowledge of discharge processes, always under the premise to achieve the digestion of the process material and to avoid its thermal transformation. Due to the low-energy but spatially extended, channel-shaped gas discharges, a significant and sustainable opening of the biological cells of the process material is achieved, but the energy injected into the process can be kept very low. Thus, there is no need to provide large energy storage such as large and massive high voltage capacitors and thus the overall energy balance can be significantly improved, for example, in the application of the method for bioenergy production.
  • the latter is treated with a residence time or a temperature to be determined for the process material to be digested Processually tuned throughput, so for example with appropriate conveying or throughput speed, by the high voltage electrode assembly 1, 2, moves or at least one of the high voltage electrodes is moved away with entspre ⁇ chender speed on the process material, the electrical gas discharges or physical plasmas ignite between the high voltage electrodes ,
  • a conveying device the illustrated embodiment of a conveyor or conveyor belt 5, is arranged in the discharge space 3.
  • the conveyor may also be a turntable or other suitable device.
  • a conveying speed is adjustable by a drive of this conveyor.
  • the conveying device is made of a dielectric material.
  • the second high-voltage electrode 2 is arranged directly below the conveyor belt 5.
  • the conveyor belt 5 itself consists of an electrically highly conductive material and thereby simultaneously forms the second high-voltage electrode 2 itself.
  • FIG. 4 Another preferred high voltage electrode arrangement is shown in FIG.
  • the delivery of the process material 4 through the high-voltage electrical ⁇ denan Aunt 1, 2 takes place by exploiting the gravity of the process material by falling of the process material along a fall distance.
  • This imple mentation form has the advantage that no further energy input is required for the promotion of the process material 4 and there is a good mixing of the process material 4 with the air or the surrounding gas.
  • the process material 4 is moved on an inclined plane 6 as a conveying device through the high-voltage electrode arrangement by utilizing the weight of the process material 4 or the process material moves by sliding itself. Throughput speed of the process material 4 to vary by the device according to the invention, the inclination angle of the inclined plane 6 can be vari- iert.
  • the inclined plane 6 consists in the illustrated
  • the inclined plane 6 is made of a dielectric material and is used only lent to promote the process material. Then, the second high-voltage electrode 2 issver pat ⁇ Lich intrinsically ⁇ constantly to dispose accordingly.
  • At least the second high-voltage electrode 2 is designed as a ground or reference electrode.
  • At least the first high-voltage electrode 1, a high-frequency, repe ⁇ tierende high voltage (see Fig. 9) is applied, so that between the two high-voltage electrodes 1, 2 form electrical gas discharges or physical plasmas with the discharge characteristics described above.
  • At least one of the high-voltage electrodes 1, 2 can also be a component of the conveying device.
  • the shape and spatial extent of the high voltage electrodes 1, 2 is crucial for the characteristic and the spatial extent of the high voltage electrodes 1, 2
  • a spatially greatly limited discharge space can be generated with tip or ball electrodes with small diameters, but the location of the discharge ignition is clearly defined. With such an electrode can successful ⁇ Lich caused a strong inhomogeneous electrical field and the location of the ignition of the electrical gas discharge can be accurately determined.
  • tip electrodes 8 or ball electrodes 9 having the required radius of curvature are arranged on a conductive base plate 7.
  • a conductive base plate 7 With such electrode arrangements, it is thus possible to generate a multiplicity of parallel gas discharges. possible.
  • Roden ⁇ using these comb or Bürstenelekt manages to pressurize the process material with a spatially defined, distributed electrical gas discharge channels or to penetrate.
  • various electrode geometries can be combined as desired.
  • individual ball or tip electrodes can in turn face individual ball or tip electrodes or even large-area, planar electrodes or comb or brush electrodes, resulting in a spatially narrow discharge space.
  • combinations of large-area, flat electrodes and comb or brush electrodes are possible, whereby a spatially extended discharge space can be generated.
  • FIG. A device for generating the repetitive high voltage with preferably high frequency in this case comprises a first electrical resonant circuit 10 and a second electrical resonant circuit 11, which are magnetically coupled together.
  • the magnetic coupling can be made loose or solid.
  • an inductance or coil 12 of the first resonant circuit 10 coaxially surrounds one
  • Inductance or coil 13 of the second resonant circuit 11 In this case, the inductance 13 of the second resonant circuit 11 is penetrated by the magnetic field of the inductance 12 of the first resonant circuit 10.
  • the magnetic coupling can be adjusted to one another via the enclosed surface and / or the distance between the two coils 12, 13.
  • the magnetic coupling can also be realized in that the inductance of a first resonant circuit of a primary coil 14 and the inductance of the second resonant circuit ⁇ are formed by a secondary coil 15 of a Hochnapssstrans- formator 16, as shown in Fig. 8.
  • the high-voltage transformer 16 is with or without magnetic material, such as ferrite or iron, out ⁇ leads.
  • the first oscillating circuit 10 comprises at least one capacitance 17 and a switching element 18 for closing and opening the first electrical oscillating circuit 10.
  • the switching element 18 is preferably formed by a spark gap and has the property of reaching the first oscillating circuit 10 after reaching a certain charging voltage of the first capacitor 17 to close automatically, the charging voltage and the capacitance 17 determine the energy input into the first resonant circuit 10. After closing the switching element 18, so for example after the ignition of the spark gap, takes place in the first resonant circuit 10, an electrical oscillation with the natural frequency (1 / T 0 ) of this resonant circuit instead.
  • / 0 / is determined by the first inductance 12 and the first capacitance 17 of the first resonant circuit 10.
  • Elements L and C are therefore selected so that a high-frequency vibration ⁇ with the desired frequency is produced.
  • the resonant circuit dimensioning presents no problems to the person skilled in the art. Compared to other methods or circuits is advantageous that no vibrations or pulses must be impressed by external excitation here.
  • the first resonant circuit 10 generates oscillations with its natural frequency fo, without additional elements or without external impulse.
  • the Switching element 18 opens after the decay of the electrical oscillation, the first resonant circuit 10 independently, for example ⁇ by reconsolidation of a spark gap.
  • the vibration is transmitted to the second resonant circuit 11 by transmitting the magnetic energy of the coils 12, 13, whereby the second resonant circuit 11 also to an electrical ⁇ oscillation with his Natural frequency fi is excited and between the high voltage electrodes 1, 2, a high-frequency repetitive high voltage ui (see Fig. 9) is formed.
  • the principle of resonance is used according to the invention, ie the natural frequency of the second or further oscillating circuits must correspond as closely as possible to the natural frequency of the first, exciting oscillating circuit.
  • the second or further oscillating circuits are formed by the second inductance 13 of the second oscillating circuit 11 and / or the inductances of further oscillating circuits and a respective high voltage electrode arrangement connected thereto, wherein the capacitance of the second resonant circuit 11 or further oscillating circuits is mainly due to the geometric capacitance or configuration the connected high-voltage electrode arrangement and the layered or mixed dielectric located in the discharge space 3 between the high-voltage electrodes 1, 2, which comprises a gas, such as air, CO 2 , 2 , and the process material 4 to be digested or treated.
  • the parallel operation of a plurality of first oscillating circuits 10, which are each magnetically coupled with one or more further oscillating circuits, is within the scope of the invention.
  • the parallel operated first oscillating circuits 10 may have the same or different natural frequencies and a phase shift.
  • the aim is the digestion of grass (process material), for faster utilization in compact biogas plants.
  • the first high-voltage electrode 1 consists of a base plate with the dimen ⁇ solutions 450 mm x 200 mm. On top are 20 Spitzenelekt ⁇ eroden with a tip diameter of 5 mm.
  • the second high-voltage electrode 2 is designed as a grounded, conductive, surface-shaped electrode with dimensions of 450 mm x 400 mm and mounted directly below the conveyor belt 5.
  • the discharge ⁇ space 3 is defined by a distance of 250 mm between the first and second high voltage electrode.
  • First resonant ⁇ circle 10 has the capacity of 17 to 54 nF and the Induktivi ⁇ ty 12 7.5 ⁇ .
  • the second oscillation circuit 11 which is connected to the first high voltage electrode 1, has the inductance / coil 13 with a value of 30 mH. Due to the constructed high-voltage electrode geometry and introduced into the discharge space grass (process material) results in the capacity of the second resonant circuit 11 to 12 pF. In this embodiment, a high voltage having a frequency (1 / T 0 ) of 250 kHz is generated. The repetition rate (T w ) is between 5 ms and 10 ms.
  • a conventional conveyor belt with a conveying speed of about 0.6 m / s is used.
  • the grass is applied as bulk material and moved through the discharge space.
  • the grass lies on the conveyor belt with a bulk density of approx. 50 mm.
  • the goal in this example is the pre-treatment of herbs for faster drying.
  • the first high-voltage electrode 1 consists of a base plate of 450 mm x 200 mm, distributed thereon are 40 tip electrodes with a tip diameter of 2.5 mm.
  • the second high-voltage electrode 2 is formed by a geer ⁇ dete, conductive conveyor with a width of 450 mm.
  • the discharge space 3 is defined with a distance of 150 mm between the first and second high-voltage electrodes.
  • the first oscillating circuit 10 has the capacitance 17 with a value of 44 nF, and the inductance 12 with a value of l4 ⁇ .
  • an air - radio link is ⁇ sets.
  • the second oscillation circuit 11 which is connected to the first high tension ⁇ bias electrode 1, the Induktivi ⁇ ty / spool 13 with a value of 30 mH. Due to the constructed high-voltage electrode geometry and the herbs introduced into the discharge space, the capacitance of the second resonant circuit 11 is 20 pF.
  • a high voltage having a frequency (1 / T o ) of 200 kHz is generated.
  • the repetition rate (T w ) is between 1 ms and 5 ms.
  • a conveyor belt of metal fabric is used with a width of 450 mm, which is connected via sliding ⁇ contacts with ground potential.
  • the conveying speed is approx. 1.7 m / s.
  • On the conveyor belt are the

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Abstract

The invention relates to a method and to an apparatus for preparing or processing process material, in particular biological process material. The present invention provides an improved and more energy-efficient method and an associated apparatus for destroying or disintegrating the surface and/or the cells of biomasses in the broadest sense (process material) for more rapid liberation and more effective recovery of the contents. According to the invention, the process material is exposed to channel-like, low-energy electrical gas discharges or physical plasma. Efficient disintegration or destruction of the surface/cells is achieved on account of the internal discharge pressure. In the process, the electrical gas discharges or physical plasma are caused by a high voltage with a high frequency, this voltage being generated by an apparatus by the preferably resonant magnetic coupling of at least two electrical resonant circuits.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Vorbereiten oder Bearbeiten eines von einem gasförmigen Medium umschlossenen Prozessgutes mithilfe elektrischer Entladungen Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine The present invention relates to a method and a device for preparing or processing a process material enclosed by a gaseous medium by means of electrical discharges
Vorrichtung zum Vorbereiten oder Bearbeiten biologischer Zellen bzw. organischer Materialien (Prozessgut) , insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zerstörung bzw. zum Aufschluss der Oberfläche und/oder der Zellen von Biomasse im weitesten Sinne (Prozessgut) . Apparatus for preparing or processing biological cells or organic materials (process material), in particular a method and apparatus for destroying or digesting the surface and / or cells of biomass in the broadest sense (process material).
Aus dem Stand der Technik sind bereits seit Langem eine Viel¬ zahl von Verfahren und Vorrichtungen zur Bearbeitung von organischen oder anorganischen Stoffen bekannt. For a long time, a large number of methods and devices for processing organic or inorganic substances have been known from the prior art.
So wird z.B. mit der Druckschrift US 4 838 154 A ein Verfahren zur Pasteurisierung flüssiger Lebensmittel vorgestellt, bei dem die zu pasteurisierenden flüssigen Lebensmittel durch eine z.B. rohrförmige Elektrodenanordnung strömen und dort gepuls- ten elektrischen Feldern ausgesetzt werden. Die Pasteurisation erfolgt durch die Einwirkung der gepulsten elektrischen Felder, deren Feldstärken 5 - 12 kV/cm und deren Impulsdauer 5 - 100 is betragen. Die zu pasteurisierenden flüssigen Lebensmittel werden jeweils 2 bis 5 Impulsen ausgesetzt. Die verwendeten elektrischen Felder werden hier durch die Entladung hochgespannter Kondensatoren auf die Elektrodenanordnung erzeugt . For example, No. 4,838,154 A discloses a process for the pasteurization of liquid foods, in which the liquid foods to be pasteurized are prepared by means of e.g. flow tubular electrode assembly and exposed there pulsed electrical fields. The pasteurization is carried out by the action of the pulsed electric fields whose field strengths are 5 - 12 kV / cm and whose pulse duration is 5 - 100 is. The liquid foods to be pasteurized are each exposed to 2 to 5 pulses. The electric fields used are generated here by the discharge of high-voltage capacitors on the electrode assembly.
Aus der Druckschrift DE 195 342 32 C2 ist ein Verfahren zur Zerkleinerung und Zertrümmerung von Festkörpern bekannt. DieFrom the document DE 195 342 32 C2 a method for comminution and fragmentation of solids is known. The
Zerkleinerung der Festkörper findet hierbei durch die schnelle Entladung eines elektrischen Energiespeichers statt. Die Fest¬ körper oder Festkörperfragmente sind in einer nicht oder nur schwach leitenden Prozessflüssigkeit, wie beispielsweise Wasser, einer hochspannungsisolierenden Flüssigkeit, einem Wasser-Glykol- oder Wasser-Alkohol-Gemisch, eingetaucht, in die ein System aus Hochspannungs- und geerdeten Elektroden hineinragt. Als elektrischer Energiespeicher dient ein Kondensator, der in einem Entladekreis impulsförmig entladen wird. Es folgt eine Entladung. Die Festkörper werden durch Schockwellen, verursacht durch interne Entladungen, explodiert. Shredding of the solids takes place here by the rapid discharge of an electrical energy storage. The solid ¬ body or solid fragments are in one or only low-conductivity process fluid, such as water, a high voltage insulating liquid, a water-glycol or water-alcohol mixture immersed, in which a system of high voltage and grounded electrodes protrudes. As electrical energy storage is a capacitor which is discharged in a discharge pulse-shaped. It follows a discharge. The solids are exploded by shock waves caused by internal discharges.
Mit den Druckschriften DE 10 144 486 Cl und WO 03/02244 AI wurde ein Verfahren und ein Reaktor zum nichtthermischen Aufschluss und zum Pasteurisieren organischen Prozessgutes durch Elektroporation vorgestellt. Das Verfahren dient der Gewinnung von Nahrungsmitteln bzw. Nahrungsmittelkomponenten, wobei das Prozessgut in bzw. mit einer Prozessflüssigkeit/ Transportflüssigkeit durch einen tunnelförmigen Reaktor geströmt und dabei gepulsten elektrischen Feldern ausgesetzt wird. Hierzu sind in dem tunnel förmigen Reaktor Elektrodengruppen angeordnet, die mit pulsartiger Hochspannung beaufschlagt werden. Die Felder werden dadurch erzeugt, dass die in dem tunnelförmigen Reaktor mit rundem oder polygonalem mindestens aber viereckigem Querschnitt aus dielektrischem Material befindlichen Elektroden bzw. Elektrodengruppen über Hochspannungskabel und einen Schalter bzw. eine Funkenstrecke von einem Marx-Generator mit Hochspannung beaufschlagt werden. Mit Hilfe der Elektrodengruppen werden abwechselnd pulsartige elektrische Felder vielfältiger Richtung und Stärke erzeugt. With the documents DE 10 144 486 C1 and WO 03/02244 AI a method and a reactor for non-thermal digestion and pasteurization of organic process material by electroporation was presented. The process is for the production of food or food components, wherein the process material is flowed in or with a process liquid / transport liquid through a tunnel-shaped reactor and thereby exposed to pulsed electric fields. For this purpose, electrode groups are arranged in the tunnel-shaped reactor, which are subjected to pulse-like high voltage. The fields are generated in that the electrodes or electrode group on high-voltage cable and a switch or spark gap located in the tunnel-shaped reactor with a round or polygonal or at least quadrangular cross-section of dielectric material are acted upon by a Marx generator with a high voltage. By means of the electrode groups alternately pulsed electric fields of various direction and strength are generated.
Mit der DE 10 144 479 C2 wurde ein Elektroporationsreaktor zur kontinuierlichen Prozessierung von stückigen Produkten bekannt, bei dem jedoch auch das Prozessgut durch eine Prozessflüssigkeit transportiert und dort mit Hochspannung beaufschlagt wird. Der Reaktor besteht aus einer kreiszylind- rischen Trommel, ähnlich einem Wasserrad, und fördert das stückige Prozessgut durch die Prozessflüssigkeit, die sich in der unteren Hälfte der Trommel befindet. Die Elektroden zur Beaufschlagung liegen im tiefsten Bereich. With DE 10 144 479 C2 an electroporation reactor for the continuous processing of lumpy products was known, in which, however, the process material is transported by a process liquid and there is subjected to high voltage. The reactor consists of a circular-cylindrical drum, similar to a water wheel, and conveys the lumpy process material through the process liquid, which is located in the lower half of the drum. The electrodes for loading are in the deepest area.
Aus der DE 10 2005 046 413 AI ist ein weiteres Verfahren und eine zugehörige Schaltungsanordnung für die Elektroporation landwirtschaftlicher Produkte bekannt. Auch bei diesem Verfahren werden für einen Zellaufschluss hohe gepulste elektrische Feldstärken benötigt. Hierzu wird ein mehrstufiger, triggerbarer Marx-Generator mit großer Lebensdauer vorgestellt. Der Nachteil derartiger Schaltungen ist eindeutig in den großen fließenden impulsförmigen (Entlade-) Strömen und dem damit einhergehenden Energieumsatz, also der Erwärmung (bis hin zur Verbrennung) des Prozessgutes, zu sehen. From DE 10 2005 046 413 AI another method and associated circuitry for the electroporation of agricultural products is known. Also in this method, high pulsed electric field strengths are needed for cell disruption. For this purpose, a multi-stage, triggerable Marx generator with a long service life is presented. The disadvantage of such circuits is clearly seen in the large flowing pulsed (discharge) currents and the associated energy conversion, ie the heating (up to the combustion) of the process material.
Bei allen bisher betrachteten Schriften wird das Prozessgut, in den vorliegenden Fällen Nahrungsmittel oder Nahrungsmittel¬ komponenten bzw. pflanzliche und tierische Flüssigkeiten oder nichtleitende Feststoffe, einem Aufschluss- bzw. Bearbeitungs- prozess in flüssiger Form oder als disperse Phase einer Dispersion zugeführt. In jedem Falle ist der Aufschlussprozess an eine Flüssigkeit gebunden, die direkten Kontakt zu den Elektroden hat. Es wird beispielsweise Wasser als Prozessflüs¬ sigkeit verwendet. In all hitherto considered writings the process material is, in the cases in foods or food components ¬ or vegetable and animal fluids or non-conductive solids digestion or a machining process applied in liquid form or as disperse phase of a dispersion. In any case, the digestion process is bound to a liquid which has direct contact with the electrodes. There is, for example, water is used as Prozessflüs ¬ fluid.
Der Aufschluss bzw. die Aufbereitung des Prozessgutes findet bei allen bereits bekannten Verfahren durch das Anlegen einer hohen elektrischen Feldstärke bzw. durch den Stromfluss durch das zu bearbeitende Prozessgut (Flüssigkeit oder Dispersion) statt. Die beschriebenen impulsartigen Spannungs- und damit Feldstärkebelastungen der Dispersion, also des Gemisches aus Prozessgut und Prozessflüssigkeit, führen dementsprechend zu hohen dielektrischen Verlusten in der Dispersion selbst, was als bedeutender Nachteil aller dieser Verfahren zu sehen ist. The digestion or the preparation of the process material takes place in all known methods by the application of a high electric field strength or by the current flow through the process material to be processed (liquid or dispersion). The described pulse-like stress and thus field strength loads of the dispersion, ie the mixture of process material and process liquid, lead accordingly high dielectric losses in the dispersion itself, which is seen as a significant disadvantage of all these methods.
Weiterhin ist der Transport einer Dispersion durch einen Reak- tor an geschlossene rohrförmige Systeme gebunden bzw. muss gewährleistet werden, dass die Prozessflüssigkeit stets an den gewünschten Stellen im Reaktor verbleibt. Dies ist nicht nur sehr aufwendig und unpraktisch, sondern der Einsatz von Pumpen und anderer Technik bedingt ebenfalls einen zusätzlichen Ener- gieverbrauch . Furthermore, the transport of a dispersion through a reactor is bound to closed tubular systems or it must be ensured that the process fluid always remains at the desired locations in the reactor. This is not only very complicated and impractical, but the use of pumps and other technology also requires an additional energy consumption.
Die hohe elektrische Feldstärke wird in den bekannten Verfah¬ ren und Anordnungen durch die Entladung von Hochspannungskondensatoren, beispielsweise durch die Verwendung von Marx- Generatoren, erzeugt. Derartige Anlagen sind sehr volumen- und massereich und in Bezug auf einen möglichen Einsatzzweck schwer zu handhaben. Nachteilig ist ebenfalls, dass bei der Entladung in derartigen Anlagen ein Strom im Kiloamperebereich durch das Prozessgut fließt, was einen entsprechenden Energie- umsatz im Prozessgut und damit eine Erwärmung des Prozessgutes zur Folge hat. Weiterhin sind Lade- und Entladevorgänge von Kondensatoren verlustbehaftet und stets an Zeitkonstanten gebunden. Das Nachladen der Kondensatoren nach deren Entladung bedarf einer gewissen Zeit, insbesondere bei großen Kapazitä- ten als Energiespeicher, wie sie in Marx-Generatoren verwendet werden . The high electrical field strength is generated in the known procedural ¬ ren and arrangements by the discharge of high-voltage capacitors, for example by the use of Marx generators. Such systems are very voluminous and massive and difficult to handle in relation to a possible application. Another disadvantage is that during discharge in such systems, a current in the kilo-ampere range flows through the process material, which results in a corresponding energy turnover in the process material and thus heating of the process material. Furthermore, charging and discharging of capacitors are lossy and always tied to time constants. The recharging of the capacitors after their discharge requires a certain amount of time, especially with large capacities as energy storage, as used in Marx generators.
Neben den bereits genannten Verfahren und Vorrichtungen zur Bearbeitung von organischen oder anorganischen Stoffen gibt es noch Lösungen, bei denen keine Flüssigkeiten oder Dispersionen verwendet werden. So z.B. wird mit DE 199 57 775 Cl ein Verfahren zur Modifizierung von Holzoberflächen durch elektrische Entladungen bei Atmosphärendruck vorgestellt, bei dem eine Elektrode gegenüber der zu modifizierenden Holzoberfläche sowie zwischen dieser Elektrode und der Holzoberfläche eine dielektrische Schicht angeordnet sind. An die Elektrode wird eine Wechselhochspan¬ nung angelegt, wodurch sich eine „dielektrisch behinderte Entladung" oder auch „stille elektrische Entladung" (Dielectric Barrier Discharge) zwischen der dielektrischen Schicht und der zu modifizierenden Holzoberfläche ausbildet. Bei der Wechselhochspannung kann es sich auch um Hochspannungspulse handeln, deren Abstand größer als ihre Dauer ist. Die hier beschriebene „dielektrisch behinderte Entladung" ist allerdings eine Form einer Koronaentladung. Das vorgestellte Verfahren wird zur Reinigung der Holzoberfläche (Entfernung von losen Bestandteilen) , zur Verbesserung der Verleim- oder Beschichtbarkeit der Holzoberfläche (Verbesserung der Haftung) , zur Konservierung und zum Ausbleichen der Holzoberfläche durch die Wirkung von Ozon eingesetzt. Die beschriebe¬ nen „dielektrisch behinderten Entladungen" wirken also lediglich auf die Oberfläche des Holzes. In addition to the already mentioned methods and devices for processing organic or inorganic substances, there are solutions in which no liquids or dispersions are used. For example, DE 199 57 775 C1 proposes a method for modifying wood surfaces by electrical discharges at atmospheric pressure, in which an electrode is arranged opposite the wood surface to be modified and between this electrode and the wood surface a dielectric layer. A alternating high voltage is applied to the electrode, whereby a "dielectrically impeded discharge" or "silent electrical discharge" (dielectric electric discharge) is formed between the dielectric layer and the wood surface to be modified. The alternating high voltage may also be high voltage pulses whose distance is greater than their duration. However, the "dielectrically impeded discharge" described here is a form of corona discharge.The process presented is for cleaning the wood surface (removal of loose components), improving the gluing or coating properties of the wood surface (improving adhesion), preserving and fading the wood surface used by the action of ozone. the-described ¬ nen "dielectric barrier discharges" thus act only on the surface of the wood.
Ein prinzipiell ähnliches Verfahren wird in der EP 162 86 88 Bl beschrieben, bei dem lebenden Zellen enthal- tende biologische Materialien mit einem durch eine Gasentla¬ dung erzeugtem Plasma behandelt werden. Das erzeugte Plasma bewirkt hier jedoch das Abtöten von Mikroorganismen, beispielsweise bei Kariesbefall eines Zahnes, und wird in einem deutlich kleineren Gebiet erzeugt. Hierfür wird die oxidative Wirkung von entstehendem freiem Sauerstoff bzw. vonA similar method is described prinzipiell 162 86 88 BL in the EP, enthal- tende biologische Materialien be treated with a erzeugtem by a Gasentla ¬ dung plasma in the living cells. However, the plasma generated here causes the killing of microorganisms, for example, in tooth decay of a tooth, and is produced in a much smaller area. For this purpose, the oxidative effect of resulting free oxygen or of
Ozon genutzt. Bei der Gasentladung bzw. dem erzeugten Plasma handelt es sich demnach um eine Entladung, die ebenfalls als Koronaentladung klassifiziert werden kann. Das Verfahren besteht darin, eine Elektrode im geringen Abstand über der zu behandelnden Oberfläche anzuordnen, wobei die Elektrode von einem massiven Festkörperdielektrikum ummantelt ist. Ähnliche Verfahren sind außerdem aus der WO 2004/023927 AI oder aus der DE 10 2006 020 484 AI und EP 202 40 80 Bl bekannt, bei denen jeweils eine dielektrisch behinderte Gasentladung erzeugt wird, die zu einer uniformen Ausbildung des Plasmas führt. Used ozone. The gas discharge or the generated plasma is therefore a discharge, which can also be classified as a corona discharge. The procedure is to place an electrode at a small distance above the surface to be treated, the electrode being encased in a solid solid state dielectric. Similar methods are also known from WO 2004/023927 AI or DE 10 2006 020 484 AI and EP 202 40 80 Bl, in each of which a dielectrically impeded gas discharge is generated, which leads to a uniform formation of the plasma.
Mit diesen bekannten Verfahren ist grundsätzlich keine Zerstörung von Schütt- oder Saatgut bzw. der zu behandelnden Oberfläche beabsichtigt und auch nicht realisierbar. Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf die Erzeugung hochfrequenter Schwingungen bzw. hochfrequenter Hochspannungen durch resonante Kopplung von elektrischen Schwingkreisen. Auch hier sind aus dem Stand der Technik zahlreiche Lösungen bekannt (z.B. DE 1034766 A, DE 1564166 B, DE 2410060 AI, DE 8807090 Ul, DE 3923694 Cl, DE 4235766 Cl, DE 4438533 AI und DE 19802662 AI) . With these known methods is basically no destruction of bulk or seed or the surface to be treated intended and not feasible. Another aspect of the invention relates to the generation of high-frequency oscillations or high-frequency high voltages by resonant coupling of electrical resonant circuits. Here, too, are known from the prior art, numerous solutions are known (e.g., DE 1,034,766 A, DE 1,564,166 B, DE 2410060 Al, DE 8807090 Ul, DE 3923694 Cl, Cl DE 4,235,766, DE 4,438,533 Al and DE 19802662 Al).
In der DE 19802662A1 wird z.B. ein Verfahren zur Herstellung von Verbundfolien beschrieben, welches sich dadurch auszeich- net, dass Koronaentladungen in Form kurzer Einzelimpulse erfolgen, die eine Frequenz von 10...30 kHz, eine Impulsbreite von weniger als 30 με und eine Anstiegszeit von weniger als 5 is aufweisen. Die Koronaentladung erfolgt zwischen zwei stabförmigen Elektroden, die jeweils einen elektrisch leiten- den Kern und eine dielektrische Umhüllung aufweisen. In DE 19802662A1, e.g. describes a method for producing composite films, which is characterized in that corona discharges take the form of short individual pulses having a frequency of 10 ... 30 kHz, a pulse width of less than 30 με and a rise time of less than 5 is , The corona discharge occurs between two rod-shaped electrodes, each having an electrically conductive core and a dielectric sheath.
Bisher sind also Anordnungen, Schaltungsvarianten und Anlagen bekannt, die beispielsweise der Prüfung, Be- und Verarbeitung von Folien oder sehr dünnen Materialien dienen. Diese Schaltungen zur Erzeugung elektrischer Gasentladungen generieren lediglich Koronaentladungen. Diese Entladungen sind wesentlich zu kurz und nicht genug ausgeprägt, um einen Aufschluss von Biomasse zu erreichen. So far, arrangements, circuit variants and systems are known, for example, the examination, processing and processing of foils or very thin materials. These circuits for generating electrical gas discharges generate only corona discharges. These discharges are significantly too short and not enough pronounced to reach biomass digestion.
Bei den bekannten Anordnungen, Schaltungsvarianten und Anlagen wird ein erster elektrischer Schwingkreis (oder auch Primärkreis) beispielsweise mit einem hochfrequenten Strom gespeist. Der Nachteil hierbei besteht darin, dass zusätzlich aufwendigeIn the known arrangements, circuit variants and systems, a first electrical resonant circuit (or primary circuit) is fed for example with a high-frequency current. The disadvantage here is that additionally consuming
Geräte oder Schaltungen benötigt werden, die diesen hochfrequenten Strom zur Verfügung stellen. Die Leistungen derartiger Geräte oder Schaltungen sind auch nach dem heutigen Stand der Technik sehr begrenzt. Andere Schaltungsvarianten nutzen für die Energieversorgung eine Gleichspannungsquelle. Die Erzeu¬ gung einzelner Impulse oder schwingungsähnlicher Vorgänge in einem Primärkreis findet dann mit Hilfe leistungselektronischer Bauelemente statt, welche einen fließenden Strom zerha¬ cken. Die Stromtragfähigkeit und die Spannungsfestigkeit solcher leistungselektronischer Schalter sind ebenfalls sehr begrenzt. Das Öffnen und Schließen dieser leistungselektronischen Schalter muss durch eine zusätzliche Steuerschaltung getaktet werden, was die Schaltungsanordnung unnötig verkompliziert . Devices or circuits are needed to provide this high-frequency power available. The performance of such devices or circuits are very limited even in the current state of the art. Other circuit variants use a DC voltage source for the power supply. The Erzeu ¬ supply of individual pulses or vibrations of similar processes in a primary circuit then takes place by means of power electronic devices which a flowing stream zerha ¬ CKEN. The current carrying capacity and the dielectric strength of such power electronic switches are also very limited. The opening and closing of these power electronic switches must be clocked by an additional control circuit, which unnecessarily complicates the circuitry.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein verbessertes und energieeffizienteres Verfahren und eine dazu¬ gehörige Vorrichtung zum Vorbereiten oder Bearbeiten biologi- scher Zellen bzw. organischer Materialien (Prozessgut) bereitzustellen. Insbesondere ist es Ziel, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Zerstörung bzw. zum direkten Aufschluss, d.h. ohne Überführung in eine disperse oder flüssige Phase, der Oberfläche und/oder der Zellen von Biomasse im weitesten Sinne (Prozessgut) zur schnelleren Verwertung der Inhaltsstoffe bereitzustellen, wobei ein direkter Kontakt zwischen Prozessgut und den verwendeten Hochspannungselektroden nicht erforderlich, aber auch nicht hinderlich ist. Object of the present invention is therefore to overcome the disadvantages of the prior art and to provide an improved and more energy efficient method and an associated apparatus for preparing ¬ or processing of biological cells or of organic materials (process material). In particular, it is the object, a method and apparatus for destruction or for direct digestion, ie without conversion to a disperse or liquid phase, the Surface and / or the cells of biomass in the broadest sense (process material) to provide faster recycling of the ingredients, with a direct contact between process material and the high voltage electrodes used is not required, but not cumbersome.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des achten Patentanspruches gelöst. According to the invention this object is achieved by a method having the features of the first claim and by a device having the features of the eighth claim.
Erfindungsgemäß wirken nicht wie in bisher bekannten Verfahren die Feldstärke, sondern kanalförmige elektrische Gasentladun¬ gen, die auch als physikalische Plasmen charakterisiert werden können und eine Untergruppe des umfassenden Begriffes physika¬ lische Plasmen darstellen, auf das Prozessgut ein, welches teilweise oder vollständig durchdrungen wird, was zu einem Öffnen der Oberflächenstruktur und der biologischen Zellen des Prozessgutes und damit zur Freisetzung der Inhaltsstoffe der Zellen führt. Dafür ist es von besonderer Bedeutung, dass eine energiearme Entladung erzeugt wird, worunter zu verstehen ist, dass durch die Entladung eine mechanische Zerstörung der Zell¬ oberfläche der biologischen Zellen erreicht wird, jedoch keine thermische oder chemische Umwandlung bzw. Zerstörung der Zelle selbst hervorgerufen wird, also das Prozessgut nicht überhitzt wird. Vielmehr wird durch den inneren Entladungsdruck der Aufschluss der Zellen bewirkt. Dabei werden die elektrischen Gasentladungen bzw. physikalischen Plasmen von einer Hochspannung mit hoher Frequenz verursacht, die in einer besonders bevorzugten Aus führungs form von einer Vorrichtung durch die resonante bzw. nahezu resonante magnetische Kopplung von mindestens zwei elektrischen Schwingkreisen erzeugt wird. Das Prozessgut wird erfindungsgemäß den elektrischen Entladun¬ gen, die zwischen mindestens zwei Elektroden zünden, ausgesetzt, indem es durch den Entladungsraum transportiert wird. In einer alternativen Aus führungs form kann auch eine der Elektroden relativ zum Prozessgut bewegt werden. According to the invention do not act as in previously known methods, the field strength, but channel-shaped electric Gasentladun ¬ gene, which can also be characterized as physical plasmas and represent a subset of the comprehensive term physika ¬ metallic plasmas, on the process material a which is penetrated partially or completely, which leads to an opening of the surface structure and the biological cells of the process material and thus to the release of the ingredients of the cells. For this it is of particular importance that a low-energy discharge is generated, by which is meant, however, that a mechanical disruption of the cell ¬ surface of the biological cells is achieved by the discharge is caused no thermal or chemical conversion or destruction of the cell itself , so the process material is not overheated. Rather, the disruption of the cells is caused by the internal discharge pressure. In this case, the electrical gas discharges or physical plasmas are caused by a high-frequency high-frequency voltage which, in a particularly preferred embodiment, is generated by a device through the resonant or nearly resonant magnetic coupling of at least two electrical oscillating circuits. The process material is exposed according to the invention the electrical discha ¬ gene, the light between at least two electrodes by being transported through the discharge space. In an alternative embodiment, one of the electrodes can also be moved relative to the process material.
Bei den elektrischen Entladungen handelt es sich um energiearme, vorzugsweise repetierende elektrische Gasentladungen, die sich kanalförmig ausbilden (z.B. Funken-, Streamer-, Leaderentladungen oder Durchschlagprozesse) und die durch Anlegen einer hochfrequenten, repetierenden Hochspannung an mindestens eine der Elektroden erzeugt werden. The electrical discharge is low energy, preferably repetitive electrical gas discharges, the channel-shaped form itself (e.g., spark, streamer, Leader discharges or breakdown processes) and which are generated by applying a high frequency, repetitive high voltage to at least one of the electrodes.
Die Form und Größe der Hochspannungselektroden sind dabei auf die Bearbeitung des Prozessgutes, die Entstehung und räumliche Verteilung der elektrischen Gasentladungen und auf die Abstimmung des zweiten elektrischen Schwingkreises der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens angepasst bzw. je nach Einsatzzweck anpassbar. Erfindungsgemäß wird eine Vielzahl gewünschter paralleler Gasentladungskanäle erzeugt, die das aufzuschließende Prozessgut (Biomasse) vollständig oder zumin¬ dest teilweise durchdringen (physisch durchlöchern) und dadurch die Zellstruktur aufbrechen bzw. zerstören, sodass die Inhaltsstoffe der Zellen (leichter) austreten können. The shape and size of the high-voltage electrodes are adapted to the processing of the process material, the formation and spatial distribution of the electrical gas discharges and the vote of the second electrical resonant circuit of the device for performing the method or adaptable depending on the application. According to the invention a plurality of desired parallel gas discharge channels is produced which the be digested process material (biomass) is fully or at ¬ least partially penetrate (physically hole) and thereby break the cell structure and destroy, so that the contents of the cells can escape (lighter).
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Zerstörung bzw. der Aufschluss der Oberfläche und/oder der Zellen des Prozess¬ gutes erreicht, ohne dass es dabei zu einem derart hohen Ener¬ gieeintrag in das Prozessgut kommt, der eine thermische Umwandlung des Prozessgutes zur Folge hätte. Das erfindungs¬ gemäße Verfahren zeichnet sich durch vielseitige und flexible Einsatzmöglichkeiten aus, wobei die Gasentladungen bezüglich ihrer Geometrie und ihres Energiegehaltes an das aufzuschlie- ßende Prozessgut vom Fachmann leicht angepasst werden können, um die Zielstellung der Erfindung zu erreichen, nämlich einerseits den Aufschluss der Zelloberflächen aufgrund der die Zelle durchdringenden Ladung zu erreichen und andererseits thermische und chemische Umwandlungen weitestgehend zu vermei¬ den, da solche Umwandlungen der eigentlichen Verwendung des Prozessgutes (Verwendung als Biomasse, Extraktion von biologi¬ schen Stoffen u.ä.) widerstrebend wären. Das erfindungsgemäße Verfahren ist außerdem besonders einfach auszuführen und zu adaptieren, weil das zu bearbeitende Prozessgut nur sehr geringe Rückwirkungen auf die jeweilige Vorrichtung und die elektrischen Parameter des AufSchlussprozesses selbst (also die Gasentladungen) hat. The inventive method the destruction or decomposition of the surface and / or the cells of the process ¬ good is achieved, without this resulting in such a high Ener ¬ gieeintrag in the process material, which would result in a thermal conversion of the process good result. The method according to the invention is characterized by versatile and flexible application possibilities, the gas discharges being connected with respect to their geometry and their energy content to the sequent process material by the skilled person can easily be adapted in order to achieve the aim of the invention, namely on the one hand due to the cell penetrating charge to achieve the digestion of the cell surface and on the other hand, thermal and chemical transformations largely to vermei ¬ since such conversions of the actual use of the process material (use as biomass, extraction of biological ¬ rule fabrics, etc.) would reluctantly. The inventive method is also particularly easy to perform and adapt, because the processed material to be processed has only very little repercussions on the respective device and the electrical parameters of the Aufschluction process itself (ie the gas discharges).
Mit einer erfindungsgemäßen Behandlung von biologischem Prozessgut erreicht man die schnellere Freisetzung und effek¬ tivere Verwertung der Inhaltsstoffe. Die Erfindung kann z.B. für eine effizientere Bioenergiegewinnung, für industrielle Zwecke bei der Zuckergewinnung, Bioethanolherstellung, Ölgewinnung, Gewinnung ätherischer Öle oder Stärkegewinnung, für die Vorbehandlung von Pflanzen oder Pflanzenteilen (z.B. Trocknung für die Gewürz-, Tee- oder Kräuterherstellung) oder für den Aufschluss tierischer Zellen zum Zwecke der Stofftrennung bzw. zur Weiterverarbeitung oder zum Freisetzen oder Eindringen von Substanzen eingesetzt werden. With an inventive treatment of biological process goods to reach the rapid release and effec ¬ tivere utilization of the ingredients. The invention can eg for more efficient bioenergy production, for industrial purposes in sugar production, bioethanol production, oil extraction, recovery of essential oils or starch, for the pretreatment of plants or parts of plants (eg drying for the spice, tea or herbal production) or for the digestion animal cells are used for the purpose of substance separation or for further processing or for the release or penetration of substances.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass bereits durch die energiearmen aber räumlich ausgedehnten, kanalförmigen Gasentladungen ein signifikantes und nachhaltiges Öffnen der biologischen Zellen des Prozessgutes erreicht wird, die in den Prozess eingeprägte Energie aber sehr gering gehalten werden kann und damit keine Notwendigkeit der Bereitstellung großer Energiespeicher wie beispielsweise großer und massereicher Hochspannungskondensa¬ toren besteht und somit die Gesamtenergiebilanz beispielsweise bei der Anwendung des Verfahrens zur Bioenergiegewinnung deutlich verbessert werden kann. Another advantage of the method according to the invention is that a significant and sustainable opening of the biological cells of the process material is already achieved by the low-energy but spatially extended, channel-shaped gas discharges, but the energy injected into the process can be kept very low and thus no need of Providing large energy storage such as For example, large and massive Hochspannungskondensa ¬ tors and thus the overall energy balance, for example, in the application of the method for bioenergy production can be significantly improved.
Beim Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Prozess¬ gut durch den Entladungsraum zwischen der Hochspannungselektrodenanordnung gefördert oder die Hochspannungselektro¬ denanordnung oder zumindest eine der Elektroden werden über das Prozessgut hinwegbewegt. Damit wird eine Relativbewegung zwischen dem Prozessgut und mindestens einer der Elektroden erzeugt. Im Wirkbereich der Hochspannungselektrodenanordnung treffen elektrische Gasentladungen bzw. physikalische Plasmen auf der Oberfläche des aufzuschließenden Prozessgutes auf und durchdringen das zu bearbeitende Prozessgut teilweise oder vollständig, was zu einem Öffnen der Oberflächenstruktur und der biologischen Zellen und damit zur Freisetzung der Inhaltsstoffe der Zellen führt. Die elektrischen Gasentladungen bzw. physikalischen Plasmen führen zu mechanischen Zerstörungen aber nicht zu thermischen oder chemischen Umwandlungen des Prozessgutes. Vorzugsweise werden repetierende Gasentladungen mit hoher Frequenz (1/T0) von einigen bis zu einigen 100 kHz und einer Wiederholungsrate (1/TW) von einigen 10 bis zu einigen 100 Hz (siehe Fig. 9) mit abgegrenzter, räumlicher Ausbreitung erzeugt, die als kanalförmige Entladungen, beispielsweise Funken-, Streamer-, Leaderentladungen, oder Durchschlagprozesse zu klassifizieren sind. At the end of the process of the invention the process is well ¬ conveyed through the discharge space between the high voltage electrode assembly and the high voltage electrode arrangement or at least one of the electrodes to be moved over the process material. This generates a relative movement between the process material and at least one of the electrodes. In the effective range of the high-voltage electrode arrangement, electrical gas discharges or physical plasmas strike the surface of the process material to be disrupted and partially or completely penetrate the process material to be processed, which leads to an opening of the surface structure and the biological cells and thus to the release of the ingredients of the cells. The electrical gas discharges or physical plasmas lead to mechanical destruction but not to thermal or chemical transformations of the process material. Preferably, high frequency (1 / T 0 ) repetitive gas discharges are generated from a few to a few hundred kilohertz and a repetition rate (1 / T W ) of from several tens to several hundreds of hundreds (see Fig. 9) with a limited spatial spread; which are to be classified as channel-shaped discharges, for example spark, streamer, leader discharges or breakdown processes.
Bevorzugte weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Patentansprüchen 2 bis 7 angegeben. Preferred further embodiments of the method according to the invention are specified in the patent claims 2 to 7.
Zur Umsetzung des Verfahrens ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung vorgeschlagen, die elektrische Gasentladungen bzw. physikalische Plasmen, die den beschriebenen Aufschluss von Biomasse bewirken, mit der dafür nötigen Charakteristik bzw. notwendigen elektrischen Parametern generiert, wobei die Biomasse bzw. das Prozessgut mit ihren elektrischen und dielektrischen Eigenschaften ein Teil des elektrischen Kreises bzw. der elektrischen Vorrichtung ist, jedoch keine oder nur sehr geringe Rückwirkungen auf die elektrischen Parameter der Vorrichtung hat. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Aufschluss eines Prozess¬ gutes umfasst eine erste und eine zweite Elektrode, zwischen denen ein Entladungsraum gebildet ist. Ein erster und ein zweiter elektrischer Schwingkreis sind magnetisch miteinander gekoppelt und arbeiten in Resonanz oder nahe der Resonanz, um eine repetierende Hochspannung an mindestens einer der Elekt¬ roden zu erzeugen. Die Vorrichtung umfasst weiterhin ein Mittel zum Bewegen des Prozessgutes oder zum Bewegen mindes¬ tens einer der Hochspannungselektroden. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind vor allem darin zu sehen, dass eine vorzugsweise hochfrequente Hochspan¬ nung generiert wird, die elektrische Gasentladungen bzw. physikalische Plasmen vorbestimmter Charakteristik erzeugt und dabei so wenig Energie wie möglich umsetzt, um thermische Umsetzungsprozess im Prozessgut weitestgehend zu vermeiden.To implement the method, a device according to the invention is proposed, the electrical gas discharges or generate physical plasmas that cause the described digestion of biomass, with the necessary characteristics or necessary electrical parameters, the biomass or process material with their electrical and dielectric properties is part of the electrical circuit or the electrical device, but none or has very little effect on the electrical parameters of the device. The inventive apparatus for digestion of a process ¬ good comprises a first and a second electrode between which a discharge space is formed. A first and a second electrical resonant circuit are magnetically coupled to each other and operate in resonance or near resonance to produce clear at least one of a repeating Elect ¬ high voltage. The apparatus further comprises a means for moving the process material, or for moving Minim ¬ least one of the high voltage electrodes. The advantages of the device according to the invention can be seen especially in the fact that a preferably high-frequency high tension ¬ voltage is generated, the electric gas discharges or physical plasmas generated predetermined characteristic and thereby reacted as little energy as possible to avoid thermal conversion process in the process material largely.
Die Vorrichtung ist dabei räumlich klein und flexibel gestal¬ tet, um beispielsweise die Integration der Vorrichtung in Reaktoren beliebiger Form und Größe zu gewährleisten. Zweckmäßigerweise umfasst die Vorrichtung mindestens zwei elektri- sehe Schwingkreise, die magnetisch miteinander gekoppelt sind.The device is spatially small and flexible decor with ¬ tet, for example, to ensure the integration of the device in reactors of any shape and size. Conveniently, the device comprises at least two electrical resonant circuits that are magnetically coupled together.
Im Gegensatz zu bereits bekannten Anordnungen zur Erzeugung elektrischer Entladungen ist als Energieversorgung der erfindungsgemäßen Vorrichtung in erster Linie eine netzfrequente Wechselspannung oder aber auch bei Bedarf eine Gleichspannung verwendbar, was einen flexiblen und netz- und länderübergreifenden Einsatz der Vorrichtung und des Verfahrens ermöglicht. Mit der Vorrichtung ist eine effektive Bearbeitung von Prozessgut verschiedenster Art möglich, mit elektrischenIn contrast to already known arrangements for generating electrical discharges, the power supply of the device according to the invention is primarily a mains frequency AC voltage or even when needed a DC voltage usable, which allows flexible and network and transnational use of the device and the method. With the device, an effective processing of process material of various kinds is possible with electrical
Gasentladungen bzw. physikalischen Plasmen, die Elektrodenabstände von vorzugsweise bis zu 100 cm, besonders bevorzugt bis zu 50 cm überwinden. In einer bevorzugten Aus führungs form umfasst der ersteGas discharges or physical plasmas, the electrode distances of preferably up to 100 cm, more preferably overcome up to 50 cm. In a preferred embodiment, the first comprises
Schwingkreis eine erste Induktivität, eine erste Kapazität und ein passives Schaltelement zum Öffnen und Schließen des ersten Schwingkreises. Als Schaltelement im ersten Schwingkreis dient ein passives Schalterelement, welches selbständig den ersten Schwingkreis schließt, um eine Schwingung mit seiner Eigenf¬ requenz zu ermöglichen, und diesen dann auch wieder selbständig öffnet, um ein Nachladen der Energiespeicher zu gewährleisten. Leistungselektronische Bauelemente oder aufwendige zusätzliche Beschaltungen in Form von Steuerschaltungen oder Frequenzgeneratoren oder anders geartete Taktgeber entfallen hier vorteilhafterweise. Oscillating circuit, a first inductance, a first capacitance and a passive switching element for opening and closing the first resonant circuit. As a switching element in the first resonant circuit is a passive switch element which independently closes the first resonant circuit to allow vibration with his Eigenf ¬ frequency, and this then also opens again automatically to ensure recharging of the energy storage. Power electronic components or complex additional circuits in the form of control circuits or frequency generators or other types of clock omitted here advantageously.
Bevorzugte weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Patentansprüchen 9 bis 15 angegeben. Preferred further embodiments of the device according to the invention are specified in the claims 9 to 15.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem nachfolgenden Beschreibungsteil zu entnehmen, in dem die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen, in denen dieselben Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Teile in den gesamten Figuren bezeichnen, näher erläutert wird. Further details and advantages of the invention will become apparent from the following description part, in which the invention with reference to the accompanying drawings, in which the same reference numerals designate like or similar parts throughout the figures, is explained in more detail.
Es zeigen: Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Hochspannungs¬ elektrodenanordnung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Show it: 1 shows a schematic representation of a high voltage ¬ electrode arrangement of a first embodiment of the device according to the invention;
Fig. 2: eine schematische Darstellung einer Hochspannungs¬ elektrodenanordnung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 2 shows a schematic representation of a high-voltage ¬ electrode arrangement of a second embodiment of the device according to the invention;
Fig. 3: eine schematische Darstellung einer Hochspannungs¬ elektrodenanordnung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 3 shows a schematic representation of a high-voltage ¬ electrode arrangement of a third embodiment of the device according to the invention;
Fig. 4: eine schematische Darstellung einer Hochspannungs¬ elektrodenanordnung eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung; 4 shows a schematic representation of a high-voltage ¬ electrode arrangement of a fourth embodiment of the device according to the invention;
Fig. 5: eine erste bevorzugte Aus führungs form einer Hochspannungselektrode ; 5 shows a first preferred embodiment of a high-voltage electrode;
Fig. 6: eine zweite bevorzugte Aus führungs form einer Hochspannungselektrode ; 6 shows a second preferred embodiment of a high-voltage electrode;
Fig. 7: eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 7: a schematic representation of a preferred embodiment of the device according to the invention;
Fig. 8: eine Variante der magnetischen Kopplung zweier elektrischer Schwingkreise zur Erzeugung einer repetierenden Hochspannung; 8 shows a variant of the magnetic coupling of two electrical oscillating circuits for generating a repetitive high voltage;
Fig. 9: eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der erfindungsgemäß erzeugten Hochspannung. 9: a schematic representation of the time course of the high voltage generated according to the invention.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Hochspannungselektrodenanordnung in einer bevorzugten Aus führungs form der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Die Vorrichtung umfasst eine erste Hochspannungselektrode 1 und eine zweite Hochspan- nungselektrode 2. Zwischen den Hochspannungselektroden 1, 2 ist ein Entladungsraum 3 gebildet. Die Elektrodenform, deren Abstand, das Dielektikum im Entladungsraum und die angelegte Hochspannung werden so gewählt, dass eine Vielzahl gewünschter, paralleler, energiearmer, repetierender, elektrischer Gasentladungen bzw. physikalischer Plasmen zwischen den mindestens zwei Hochspannungselektroden 1, 2 entstehen. Im Entladungsraum 3 befindet sich während der Durchführung des Verfahrens ein geschichtetes bzw. gemischtes Dielektrikum, das ein aufzuschließendes bzw. zu behandelndes Prozessgut 4 und ein das Prozessgut 4 umgebendes Gas, wie beispielweise Luft, CO2, 2, umfasst. Zwischen den Hochspannungselektroden ist dabei als Entladungsraum 3 eine elektrisch isolierende Gasstrecke zum Aufbau einer geeigneten Hochspannung und zum Zünden der elektrischen Gasentladungen bzw. physikalischer Plasmen mit der benötigten Entladungscharakteristik gebildet. Der Fachmann kann die entsprechenden Parameter anhand seiner Kenntnisse über Entladungsvorgänge auswählen, immer unter der Prämisse, den Aufschluss des Prozessgutes zu erreichen und dessen thermische Umwandlung zu vermeiden. Durch die erzeugten energiearmen aber räumlich ausgedehnten, kanalförmigen Gasentladungen wird ein signifikantes und nachhaltiges Öffnen der biologischen Zellen des Prozessgutes erreicht, die in den Prozess eingeprägte Energie kann aber sehr gering gehalten werden. Damit besteht keine Notwendigkeit der Bereitstellung großer Energiespeicher wie beispielsweise großer und massereicher Hochspannungskondensatoren und somit kann die Gesamtenergiebilanz beispielsweise bei der Anwendung des Verfahrens zur Bioenergiegewinnung deutlich verbessert werden. 1 shows a schematic representation of a high-voltage electrode arrangement in a preferred embodiment of the device according to the invention. The device comprises a first high voltage electrode 1 and a second high voltage Nunging electrode 2. Between the high voltage electrodes 1, 2, a discharge space 3 is formed. The electrode shape, the distance, the dielectic in the discharge space and the applied high voltage are chosen so that a large number of desired, parallel, low-energy, repetitive, electrical gas discharges or physical plasmas between the at least two high voltage electrodes 1, 2 arise. In the discharge space 3 is during the implementation of the method, a layered or mixed dielectric, which includes a aufzuschließendes or to be treated process material 4 and the process material 4 surrounding gas, such as air, CO 2 , 2 . Between the high-voltage electrodes, an electrically insulating gas path is formed as the discharge space 3 to build up a suitable high voltage and to ignite the electrical gas discharges or physical plasmas with the required discharge characteristic. The skilled person can select the appropriate parameters based on his knowledge of discharge processes, always under the premise to achieve the digestion of the process material and to avoid its thermal transformation. Due to the low-energy but spatially extended, channel-shaped gas discharges, a significant and sustainable opening of the biological cells of the process material is achieved, but the energy injected into the process can be kept very low. Thus, there is no need to provide large energy storage such as large and massive high voltage capacitors and thus the overall energy balance can be significantly improved, for example, in the application of the method for bioenergy production.
Zum erfindungsgemäßen Aufschluss des Prozessgutes 4 wird dieses mit einer auf das aufzuschließende Prozessgut abge- stimmten Verweildauer bzw. einem auf das aufzuschließenden Prozessgut abgestimmten Durchsatz, also beispielsweise mit entsprechender Förder- oder Durchlaufgeschwindigkeit, durch die Hochspannungselektrodenanordnung 1, 2, bewegt oder aber mindestens eine der Hochspannungselektroden wird mit entspre¬ chender Geschwindigkeit über das Prozessgut hinwegbewegt, wobei die elektrischen Gasentladungen bzw. physikalischen Plasmen zwischen den Hochspannungselektroden zünden. For the digestion of the process material 4 according to the invention, the latter is treated with a residence time or a temperature to be determined for the process material to be digested Processually tuned throughput, so for example with appropriate conveying or throughput speed, by the high voltage electrode assembly 1, 2, moves or at least one of the high voltage electrodes is moved away with entspre ¬ chender speed on the process material, the electrical gas discharges or physical plasmas ignite between the high voltage electrodes ,
Eine Fördereinrichtung, m der dargestellten Aus führungs form ein Förder- oder Transportband 5, ist im Entladungsraum 3 angeordnet. In Alternativen Aus führungs formen kann die Fördereinrichtung auch eine Drehscheibe oder eine andere geeignete Einrichtung sein. Eine Fördergeschwindigkeit ist durch einen Antrieb dieser Fördereinrichtung einstellbar. In der in Fig. 1 dargestellten Aus führungs form ist die Fördereinrichtung aus einem dielektrischen Material. Die zweite Hochspannungselektrode 2 ist direkt unterhalb des Förderbandes 5 angeordnet. A conveying device, the illustrated embodiment of a conveyor or conveyor belt 5, is arranged in the discharge space 3. In alternative embodiments, the conveyor may also be a turntable or other suitable device. A conveying speed is adjustable by a drive of this conveyor. In the embodiment shown in FIG. 1, the conveying device is made of a dielectric material. The second high-voltage electrode 2 is arranged directly below the conveyor belt 5.
Bei der in Fig. 2 darstellten Hochspannungselektrodenanordnung besteht das Förderband 5 selbst aus einem elektrisch gut leitenden Material und bildet dadurch gleichzeitig selbst die zweite Hochspannungselektrode 2. In the high-voltage electrode arrangement represented in FIG. 2, the conveyor belt 5 itself consists of an electrically highly conductive material and thereby simultaneously forms the second high-voltage electrode 2 itself.
Eine weitere bevorzugte Hochspannungselektrodenanordnung ist in Fig. 3 dargestellt. In dieser Aus führungs form erfolgt die Förderung des Prozessgutes 4 durch die Hochspannungselektro¬ denanordnung 1, 2 durch Ausnutzung der Schwerkraft des Prozessgutes durch Fallen des Prozessgutes entlang einer Fallstrecke. Diese Aus führungs form hat den Vorteil, dass für die Förderung des Prozessgutes 4 kein weiterer Energieaufwand erforderlich ist und eine gute Durchmischung des Prozessgutes 4 mit der Luft oder dem umgebenden Gas stattfindet. Bei der in Fig. 4 dargestellten Aus führungs form der Hochspannungselektrodenanordnung wird das Prozessgut 4 unter Ausnutzung des Gewichtes des Prozessgutes 4 auf einer schiefen Ebene 6 als Fördereinrichtung durch die Hochspannungselektrodenanordnung bewegt bzw. bewegt sich das Prozessgut durch Rutschen selbst. Um die Förder- bzw. Durchlaufgeschwindigkeit des Prozessgutes 4 durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zu variieren, kann der Neigungswinkel der schiefen Ebene 6 vari- iert werden. Die schiefe Ebene 6 besteht in der dargestelltenAnother preferred high voltage electrode arrangement is shown in FIG. In this embodiment, the delivery of the process material 4 through the high-voltage electrical ¬ denanordnung 1, 2 takes place by exploiting the gravity of the process material by falling of the process material along a fall distance. This imple mentation form has the advantage that no further energy input is required for the promotion of the process material 4 and there is a good mixing of the process material 4 with the air or the surrounding gas. In the embodiment of the high-voltage electrode arrangement shown in FIG. 4, the process material 4 is moved on an inclined plane 6 as a conveying device through the high-voltage electrode arrangement by utilizing the weight of the process material 4 or the process material moves by sliding itself. Throughput speed of the process material 4 to vary by the device according to the invention, the inclination angle of the inclined plane 6 can be vari- iert. The inclined plane 6 consists in the illustrated
Aus führungs form aus einem elektrisch gut leitfähigen Material und bildet gleichzeitig die zweite Hochspannungselektrode 2. In einer abgewandelten Aus führungs form ist die schiefe Ebene 6 aus einem dielektrischen Material gefertigt und dient ledig- lieh zur Förderung des Prozessgutes. Dann ist selbstverständ¬ lich die zweite Hochspannungselektrode 2 entsprechend eigen¬ ständig anzuordnen. From a guide shape of an electrically good conductive material and at the same time forms the second high-voltage electrode 2. In a modified imple mentation form, the inclined plane 6 is made of a dielectric material and is used only lent to promote the process material. Then, the second high-voltage electrode 2 is selbstverständ ¬ Lich intrinsically ¬ constantly to dispose accordingly.
Vorzugsweise ist mindestens die zweite Hochspannungselektrode 2 als Erd- bzw. Bezugselektrode ausgeführt. An mindestens die erste Hochspannungselektrode 1 wird eine hochfrequente, repe¬ tierende Hochspannung (siehe Fig. 9) angelegt, sodass sich zwischen den beiden Hochspannungselektroden 1, 2 elektrische Gasentladungen bzw. physikalische Plasmen mit der oben beschriebenen Entladungscharakteristik ausbilden. Mindestens eine der Hochspannungselektroden 1, 2 kann hierbei auch ein Bestandteil der Fördereinrichtung sein. Preferably, at least the second high-voltage electrode 2 is designed as a ground or reference electrode. At least the first high-voltage electrode 1, a high-frequency, repe ¬ tierende high voltage (see Fig. 9) is applied, so that between the two high-voltage electrodes 1, 2 form electrical gas discharges or physical plasmas with the discharge characteristics described above. At least one of the high-voltage electrodes 1, 2 can also be a component of the conveying device.
Die Form und räumliche Ausdehnung der Hochspannungselektroden 1, 2 ist entscheidend für die Charakteristik und die räumlicheThe shape and spatial extent of the high voltage electrodes 1, 2 is crucial for the characteristic and the spatial
Verteilung der elektrischen Gasentladungen bzw. physikalischen Plasmen und damit für die Effektivität des Verfahrens und muss auf das Prozessgut 4 und die Durchlaufgeschwindigkeit des Prozessgutes 4 abgestimmt sein. Sich gegenüberstehende gro߬ flächige, ebene Elektroden mit glatter Oberfläche rufen ein relativ homogenes elektrisches Feld hervor, was bei dem erfin¬ dungsgemäßen Verfahren eine räumlich feine Verteilung der elektrischen Gasentladungen bewirkt, wobei der Ort der Zündung der elektrischen Gasentladung wesentlich von dem Prozessgut selbst bestimmt wird. Hochspannungselektroden mit sich gegenüberstehenden großflächigen, ebenen Elektroden, beispielsweise plattenförmigen Elektroden, zylinderförmigen Elektroden oder Kugelelektroden mit hinreichend großem Durchmesser sind also vorteilhaft für den Aufschluss verschiedenen Prozessgutes. Distribution of electrical gas discharges or physical plasmas and thus for the effectiveness of the process and must on the process material 4 and the flow rate of the Process good 4 be tuned. Opposing large ¬ flat, planar electrodes with a smooth surface call a relatively homogeneous electric field produced, causing a spatially fine distribution of the electrical gas discharges at the OF INVENTION ¬ to the invention method, wherein the location of the ignition of the electrical gas discharge is essentially determined by the process material itself , High-voltage electrodes with opposing large-area, planar electrodes, for example plate-shaped electrodes, cylindrical electrodes or spherical electrodes with a sufficiently large diameter are thus advantageous for the digestion of different process material.
Daneben kann mit Spitzen- bzw. Kugelelektroden mit geringen Durchmessern ein räumlich stark begrenzter Entladungsraum erzeugt werden, wobei der Ort der Entladungszündung jedoch eindeutig definiert ist. Mit derartigen Elektroden kann folg¬ lich ein stark inhomogenes elektrisches Feld hervorgerufen und der Ort der Zündung der elektrischen Gasentladung genau festgelegt werden. In addition, a spatially greatly limited discharge space can be generated with tip or ball electrodes with small diameters, but the location of the discharge ignition is clearly defined. With such an electrode can successful ¬ Lich caused a strong inhomogeneous electrical field and the location of the ignition of the electrical gas discharge can be accurately determined.
Mit den in den Fig. 5 und 6 dargestellten Hochspannungselektrodenanordnungen ist es möglich, eine flächige und räumlich ausgedehnte Beaufschlagung des Prozessgutes, also eine Viel¬ zahl gewünschter, paralleler Gasentladungskanäle zu erzeugen. Die dargestellten Elektrodenanordnungen kombinieren dieWith those shown in Figs. 5 and 6, high-voltage electrode arrangements, it is possible to use a flat and spatially extended exposure of the process material, so a multi ¬ desired number, parallel gas discharge channels to produce. The illustrated electrode arrangements combine the
Vorteile homogener und inhomogener Anordnungen. Advantages of homogeneous and inhomogeneous arrangements.
Gemäß den Figuren 5 bzw. 6 sind auf einer leitfähigen Grundplatte 7 Spitzenelektroden 8 bzw. Kugelelektroden 9 mit dem benötigten Krümmungsradius angeordnet. Damit können Entladun¬ gen mit der gewünschten Charakteristik über ein definiertes Gebiet erzeugt werden. Mit derartigen Elektrodenanordnungen ist also die Erzeugung einer Vielzahl paralleler Gasentla- dungskanäle möglich. Mit Hilfe dieser Kamm- bzw. Bürstenelekt¬ roden gelingt es, das Prozessgut mit räumlich definierten, verteilten elektrischen Gasentladungskanälen zu beaufschlagen bzw. zu durchdringen. Um eine gewünschte Entladungszündung und Entladungsverteilung und damit eine optimale Bearbeitung verschiedenartigen Prozessgutes zu erreichen, sind verschiedenartige Elektrodengeometrien beliebig kombinierbar. So können beispielsweise einzelne Kugel- oder Spitzenelektroden wiederum einzelnen Kugel- oder Spitzenelektroden oder aber auch großflächigen, ebenen Elektroden oder Kamm- bzw. Bürstenelektroden gegenüberstehen, was zu einem räumlich eng begrenzten Entladungsraum führt. Ebenso sind Kombinationen aus großflächigen, ebenen Elektroden und Kamm- bzw. Bürstenelektroden möglich, wodurch ein räumlich ausgedehnter Entladungsraum erzeugt werden kann. According to FIGS. 5 and 6, tip electrodes 8 or ball electrodes 9 having the required radius of curvature are arranged on a conductive base plate 7. Thus can be generated over a defined area discha ¬ gen with the desired characteristics. With such electrode arrangements, it is thus possible to generate a multiplicity of parallel gas discharges. possible. Roden ¬ using these comb or Bürstenelekt manages to pressurize the process material with a spatially defined, distributed electrical gas discharge channels or to penetrate. In order to achieve a desired discharge ignition and discharge distribution and thus optimum processing of different types of process material, various electrode geometries can be combined as desired. For example, individual ball or tip electrodes can in turn face individual ball or tip electrodes or even large-area, planar electrodes or comb or brush electrodes, resulting in a spatially narrow discharge space. Likewise, combinations of large-area, flat electrodes and comb or brush electrodes are possible, whereby a spatially extended discharge space can be generated.
Eine schematische Darstellung für eine bevorzugte Ausführungs¬ form der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 7 gezeigt. Eine Vorrichtung zur Erzeugung der repetierenden Hochspannung mit vorzugsweise hoher Frequenz umfasst hierbei einen ersten elektrischen Schwingkreis 10 und einen zweiten elektrischen Schwingkreis 11, die magnetisch miteinander gekoppelt sind. Die magnetische Kopplung kann lose oder fest ausgeführt sein. In der dargestellten Ausführungs form umschließt eine Indukti- vität bzw. Spule 12 des ersten Schwingkreises 10 koaxial eineA schematic representation of a preferred embodiment of the device according to the invention is shown in FIG. A device for generating the repetitive high voltage with preferably high frequency in this case comprises a first electrical resonant circuit 10 and a second electrical resonant circuit 11, which are magnetically coupled together. The magnetic coupling can be made loose or solid. In the illustrated embodiment, an inductance or coil 12 of the first resonant circuit 10 coaxially surrounds one
Induktivität bzw. Spule 13 des zweiten Schwingkreises 11. Dabei wird die Induktivität 13 des zweiten Schwingkreises 11 vom Magnetfeld der Induktivität 12 des ersten Schwingkreises 10 durchsetzt. Die magnetische Kopplung ist über die umschlos- sene Fläche und/oder den Abstand der beiden Spulen 12, 13 zueinander einstellbar. Die magnetische Kopplung kann aber auch dadurch realisiert werden, dass die Induktivität eines ersten Schwingkreises von einer Primärspule 14 und die Induktivität des zweiten Schwing¬ kreises von einer Sekundärspule 15 eines Hochspannungstrans- formators 16 gebildet werden, wie er in Fig. 8 dargestellt ist. Der Hochspannungstransformator 16 ist mit oder ohne Magnetwerkstoff, wie beispielsweise Ferrit oder Eisen, ausge¬ führt . Der erste Schwingkreis 10 umfasst neben der ersten Induktivität 12 mindestens eine Kapazität 17 und ein Schaltelement 18 zum Schließen und Öffnen des ersten elektrischen Schwingkreises 10. Das Schaltelement 18 wird hierbei vorzugsweise durch eine Funkenstrecke gebildet und weist die Eigenschaft auf, den ersten Schwingkreis 10 nach Erreichen einer bestimmten Ladespannung der ersten Kapazität 17 selbsttätig zu schließen, wobei die Ladespannung und die Kapazität 17 den Energieeintrag in den ersten Schwingkreis 10 bestimmen. Nach dem Schließen des Schaltelementes 18, also beispielsweise nach dem Zünden der Funkenstrecke, findet im ersten Schwingkreis 10 eine elektrische Schwingung mit der Eigenfrequenz (1/T0) dieses Schwingkreises statt. Die Eigenfrequenz Inductance or coil 13 of the second resonant circuit 11. In this case, the inductance 13 of the second resonant circuit 11 is penetrated by the magnetic field of the inductance 12 of the first resonant circuit 10. The magnetic coupling can be adjusted to one another via the enclosed surface and / or the distance between the two coils 12, 13. However, the magnetic coupling can also be realized in that the inductance of a first resonant circuit of a primary coil 14 and the inductance of the second resonant circuit ¬ are formed by a secondary coil 15 of a Hochspannungsstrans- formator 16, as shown in Fig. 8. The high-voltage transformer 16 is with or without magnetic material, such as ferrite or iron, out ¬ leads. In addition to the first inductance 12, the first oscillating circuit 10 comprises at least one capacitance 17 and a switching element 18 for closing and opening the first electrical oscillating circuit 10. The switching element 18 is preferably formed by a spark gap and has the property of reaching the first oscillating circuit 10 after reaching a certain charging voltage of the first capacitor 17 to close automatically, the charging voltage and the capacitance 17 determine the energy input into the first resonant circuit 10. After closing the switching element 18, so for example after the ignition of the spark gap, takes place in the first resonant circuit 10, an electrical oscillation with the natural frequency (1 / T 0 ) of this resonant circuit instead. The natural frequency
f 1 f 1
/ 0= / wird hierbei durch die erste Induktivität 12 und die erste Kapazität 17 des ersten Schwingkreises 10 bestimmt. Die/ 0 = / is determined by the first inductance 12 and the first capacitance 17 of the first resonant circuit 10. The
Elemente L und C werden also so gewählt, dass eine hoch¬ frequente Schwingung mit der gewünschten Frequenz entsteht. Die Schwingkreisdimensionierung bereitet dem Fachmann keine Probleme. Gegenüber anderen Verfahren bzw. Schaltungen ist von Vorteil, dass hier keine Schwingungen oder Impulse durch externe Anregung aufgeprägt werden müssen. Der erste Schwingkreis 10 generiert Schwingungen mit seiner Eigenfrequenz fo, ohne zusätzliche Elemente bzw. ohne externen Anstoß. Das Schaltelement 18 öffnet nach Abklingen der elektrischen Schwingung den ersten Schwingkreis 10 selbständig, beispiels¬ weise durch Wiederverfestigung einer Funkenstrecke. Elements L and C are therefore selected so that a high-frequency vibration ¬ with the desired frequency is produced. The resonant circuit dimensioning presents no problems to the person skilled in the art. Compared to other methods or circuits is advantageous that no vibrations or pulses must be impressed by external excitation here. The first resonant circuit 10 generates oscillations with its natural frequency fo, without additional elements or without external impulse. The Switching element 18 opens after the decay of the electrical oscillation, the first resonant circuit 10 independently, for example ¬ by reconsolidation of a spark gap.
Durch die bereits beschriebene magnetische Kopplung des ersten Schwingkreises 10 mit zumindest dem zweiten Schwingkreis 11 wird durch Übertragung der magnetischen Energie der Spulen 12, 13 die Schwingung auf den zweiten Schwingkreis 11 übertragen, wodurch der zweite Schwingkreis 11 ebenfalls zu einer elektri¬ schen Schwingung mit seiner Eigenfrequenz fi angeregt wird und zwischen den Hochspannungselektroden 1, 2 eine hochfrequente repetierende Hochspannung ui (siehe Fig. 9) entsteht. By the already described magnetic coupling of the first resonant circuit 10 with at least the second resonant circuit 11, the vibration is transmitted to the second resonant circuit 11 by transmitting the magnetic energy of the coils 12, 13, whereby the second resonant circuit 11 also to an electrical ¬ oscillation with his Natural frequency fi is excited and between the high voltage electrodes 1, 2, a high-frequency repetitive high voltage ui (see Fig. 9) is formed.
Um eine möglichst energieeffiziente Anregung des zweiten bzw. weiterer Schwingkreise zu erreichen, wird erfindungsgemäß das Prinzip der Resonanz angewendet, d.h. die Eigenfrequenz des zweiten bzw. weiterer Schwingkreise muss der Eigenfrequenz des ersten, anregenden Schwingkreises möglichst entsprechen. In order to achieve the most energy-efficient excitation of the second or further oscillating circuits, the principle of resonance is used according to the invention, ie the natural frequency of the second or further oscillating circuits must correspond as closely as possible to the natural frequency of the first, exciting oscillating circuit.
Der zweite oder weitere Schwingkreise werden durch die zweite Induktivität 13 des zweiten Schwingkreises 11 und/oder die Induktivitäten weiterer Schwingkreise und eine jeweils an diese angeschlossenen Hochspannungselektrodenanordnung, gebildet, wobei die Kapazität des zweiten Schwingkreises 11 oder weiterer Schwingkreise hauptsächlich durch die geometrische Kapazität bzw. Ausgestaltung der angeschlossenen Hochspannungselektrodenanordnung und dem im Entladungsraum 3 zwischen den Hochspannungselektroden 1, 2 befindlichem geschichteten bzw. gemischten Dielektrikum gebildet wird, welches ein Gas, wie beispielsweise Luft, CO2, 2, und das aufzuschließende bzw. zu behandelnde Prozessgut 4 umfasst. Auch der parallele Betrieb mehrerer erster Schwingkreise 10, die jeweils mit einem oder mehreren weiteren Schwingkreisen magnetisch gekoppelt sind, liegt im Bereich der Erfindung. Die parallel betriebenen ersten Schwingkreise 10 können dabei gleiche oder aber unterschiedliche Eigenfrequenzen und eine Phasenverschiebung aufweisen. The second or further oscillating circuits are formed by the second inductance 13 of the second oscillating circuit 11 and / or the inductances of further oscillating circuits and a respective high voltage electrode arrangement connected thereto, wherein the capacitance of the second resonant circuit 11 or further oscillating circuits is mainly due to the geometric capacitance or configuration the connected high-voltage electrode arrangement and the layered or mixed dielectric located in the discharge space 3 between the high-voltage electrodes 1, 2, which comprises a gas, such as air, CO 2 , 2 , and the process material 4 to be digested or treated. The parallel operation of a plurality of first oscillating circuits 10, which are each magnetically coupled with one or more further oscillating circuits, is within the scope of the invention. The parallel operated first oscillating circuits 10 may have the same or different natural frequencies and a phase shift.
Um dem Fachmann die Dimensionierung der Bestandteile erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erleichtern, werden nachfolgen zwei konkrete Ausführungsbeispiele benannt. In order to facilitate the dimensioning of the constituents of the device according to the invention to the person skilled in the art, two concrete embodiments will be named below.
Beispiel 1: Example 1:
Ziel ist der Aufschluss von Gras (Prozessgut) , zur schnelleren Verwertung in kompakten Biogasanlagen. Die erste Hochspannungselektrode 1 besteht aus einer Grundplatte mit den Abmes¬ sungen 450 mm x 200 mm. Darauf verteilt sind 20 Spitzenelekt¬ roden mit einem Spitzendurchmesser von 5 mm. Die zweite Hochspannungselektrode 2 ist als geerdete, leitfähige, flächenför- mige Elektrode mit Abmaßen 450 mm x 400 mm gestaltet und unmittelbar unter dem Förderband 5 angebracht. Der Entladungs¬ raum 3 ist durch einen Abstand von 250 mm zwischen erster und zweiter Hochspannungselektrode definiert. Der erste Schwing¬ kreis 10 besitzt die Kapazität 17 mit 54 nF und die Induktivi¬ tät 12 mit 7,5 μΗ. Als Schaltelement 18 wird eine Luft Funkenstrecke eingesetzt. Der zweite Schwingkreis 11, der an die erste Hochspannungselektrode 1 angeschlossen ist, besitzt die Induktivität/Spule 13 mit einem Wert von 30 mH. Durch die aufgebaute Hochspannungselektrodengeometrie und das in den Entladungsraum eingebrachte Gras (Prozessgut) ergibt sich die Kapazität des zweiten Schwingkreises 11 zu 12 pF. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine Hochspannung mit einer Frequenz (1/T0) von 250 kHz erzeugt. Die Wiederholrate (Tw) beträgt zwischen 5 ms und 10 ms. The aim is the digestion of grass (process material), for faster utilization in compact biogas plants. The first high-voltage electrode 1 consists of a base plate with the dimen ¬ solutions 450 mm x 200 mm. On top are 20 Spitzenelekt ¬ eroden with a tip diameter of 5 mm. The second high-voltage electrode 2 is designed as a grounded, conductive, surface-shaped electrode with dimensions of 450 mm x 400 mm and mounted directly below the conveyor belt 5. The discharge ¬ space 3 is defined by a distance of 250 mm between the first and second high voltage electrode. First resonant ¬ circle 10 has the capacity of 17 to 54 nF and the Induktivi ¬ ty 12 7.5 μΗ. As a switching element 18, an air spark gap is used. The second oscillation circuit 11, which is connected to the first high voltage electrode 1, has the inductance / coil 13 with a value of 30 mH. Due to the constructed high-voltage electrode geometry and introduced into the discharge space grass (process material) results in the capacity of the second resonant circuit 11 to 12 pF. In this embodiment, a high voltage having a frequency (1 / T 0 ) of 250 kHz is generated. The repetition rate (T w ) is between 5 ms and 10 ms.
Als Fördereinrichtung 5 wird ein herkömmliches Förderband mit einer Fördergeschwindigkeit von ca. 0,6 m/s verwendet. Auf dem Förderband wird das Gras als Schüttgut aufgebracht und durch den Entladungsraum bewegt. Das Gras liegt mit einer Schütt¬ dicke von ca. 50 mm auf dem Förderband. As conveyor 5, a conventional conveyor belt with a conveying speed of about 0.6 m / s is used. On the conveyor belt, the grass is applied as bulk material and moved through the discharge space. The grass lies on the conveyor belt with a bulk density of approx. 50 mm.
Beispiel 2: Example 2:
Ziel ist in diesem Beispiel die Vorbehandlung von Kräutern zur schnelleren Trocknung. Die erste Hochspannungselektrode 1 besteht aus einer Grundplatte 450 mm x 200 mm, darauf verteilt sind 40 Spitzenelektroden mit einem Spitzendurchmesser von 2,5 mm. Die zweite Hochspannungselektrode 2 ist durch eine geer¬ dete, leitfähige Fördereinrichtung mit einer Breite von 450 mm gebildet. Der Entladungsraum 3 ist definiert mit einem Abstand von 150 mm zwischen erster und zweiter Hochspannungselektrode. Der erste Schwingkreis 10 besitzt die Kapazität 17 mit einem Wert von 44 nF, sowie die Induktivität 12 mit einem Wert vonl4 μΗ. Als Schaltelement wird eine Luft - Funkenstrecke einge¬ setzt. Der zweite Schwingkreis 11, der an die erste Hochspan¬ nungselektrode 1 angeschlossen ist, umfasst die Induktivi¬ tät/Spule 13 mit einem Wert von 30 mH. Durch die aufgebaute Hochspannungselektrodengeometrie und die in den Entladungsraum eingebrachten Kräuter ergibt sich die Kapazität des zweiten Schwingkreises 11 zu 20 pF. The goal in this example is the pre-treatment of herbs for faster drying. The first high-voltage electrode 1 consists of a base plate of 450 mm x 200 mm, distributed thereon are 40 tip electrodes with a tip diameter of 2.5 mm. The second high-voltage electrode 2 is formed by a geer ¬ dete, conductive conveyor with a width of 450 mm. The discharge space 3 is defined with a distance of 150 mm between the first and second high-voltage electrodes. The first oscillating circuit 10 has the capacitance 17 with a value of 44 nF, and the inductance 12 with a value of l4 μΗ. As a switching element, an air - radio link is ¬ sets. The second oscillation circuit 11, which is connected to the first high tension ¬ bias electrode 1, the Induktivi ¬ ty / spool 13 with a value of 30 mH. Due to the constructed high-voltage electrode geometry and the herbs introduced into the discharge space, the capacitance of the second resonant circuit 11 is 20 pF.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird eine Hochspannung mit einer Frequenz (l/To) von 200 kHz erzeugt. Die Wiederholrate (Tw) beträgt zwischen 1 ms und 5 ms. Als Fördereinrichtung 5 wird ein Förderband aus Metallgewebe mit einer Breite von 450 mm verwendet, welches über Schleif¬ kontakte mit Erdpotential verbunden ist. Die Fördergeschwin- digkeit beträgt ca. 1,7 m/s. Auf dem Förderband werden dieIn this embodiment, a high voltage having a frequency (1 / T o ) of 200 kHz is generated. The repetition rate (T w ) is between 1 ms and 5 ms. As a conveyor 5, a conveyor belt of metal fabric is used with a width of 450 mm, which is connected via sliding ¬ contacts with ground potential. The conveying speed is approx. 1.7 m / s. On the conveyor belt are the
Kräuter in einer dünnen Schicht, also in möglichst wenigen Lagen, aufgebracht und durch den Entladungsraum 3 bewegt. Herbs in a thin layer, so in the least possible layers, applied and moved through the discharge space 3.
Bezugs zeichenliste : Reference sign list:
1 Elektrode / Hochspannungselektrode 1 electrode / high voltage electrode
2 Elektrode / Hochspannungselektrode / Erdelektrode 2 electrode / high voltage electrode / ground electrode
3 Entladungsraum 3 discharge room
4 Prozessgut  4 process material
5 Förder- oder Transportband  5 conveyor or conveyor belt
6 schiefe Ebene  6 inclined plane
7 leitfähige Grundplatte  7 conductive base plate
8 Spitzenelektrode  8 tip electrode
9 Kugelelektrode  9 ball electrode
10 erster Schwingkreis  10 first resonant circuit
11 zweiter Schwingkreis  11 second resonant circuit
12 Induktivität / Spule  12 inductance / coil
13 Induktivität / Spule  13 inductance / coil
14 Primärspule  14 primary coil
15 Sekundärspule  15 secondary coil
16 Hochspannungstransformator  16 high voltage transformer
17 Kapazität  17 capacity
18 Schaltelement  18 switching element
T0 - Kehrwert der Eigenfrequenz f0 T 0 - reciprocal of the natural frequency f 0
Tw - Wiederholrate T w - repetition rate

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zum Vorbereiten oder Bearbeiten eines von einem gasförmigen Medium umschlossenen Prozessgutes (4), folgende Schritte umfassend: Method for preparing or processing a process material (4) enclosed by a gaseous medium, comprising the following steps:
- Einbringen des Prozessgutes (4) in einen Entladungsraum (3) zwischen einer ersten Elektrode (1) und einer zweiten Elektrode (2) ;  - introducing the process material (4) into a discharge space (3) between a first electrode (1) and a second electrode (2);
- Erzeugen von energiearmen, räumlich ausgedehnten, repetierenden, kanalförmigen elektrischen Gasentladungen oder physikalischen Plasmen im Entladungsraum (3);  - generating low-energy, spatially extended, repetitive, channel-shaped electrical gas discharges or physical plasmas in the discharge space (3);
- Bewegen des Prozessgutes (4) relativ zu mindestens einer der Elektroden (1, 2) im Entladungsraum (3) mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit.  - Moving the process material (4) relative to at least one of the electrodes (1, 2) in the discharge space (3) at a predetermined speed.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Erzeugen der Gasentladungen oder physikalischen Plasmen durch Anlegen einer hochfrequenten, repetierenden Hochspannung an mindestens eine der Elektroden (1, 2) erfolgt. 2. The method according to claim 1, characterized in that the generating of the gas discharges or physical plasmas by applying a high-frequency, repetitive high voltage to at least one of the electrodes (1, 2).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die hochfrequente, repetierende Hochspannung durch eine magneti¬ sche Kopplung mindestens eines ersten elektrischen Schwingkreises (10) mit einem zweiten elektrischen Schwingkreis (11) erzeugt wird. 3. The method according to claim 2, characterized in that the high-frequency, repetitive high voltage by a magneti ¬ cal coupling of at least one first electrical resonant circuit (10) with a second electrical resonant circuit (11) is generated.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannung eine Frequenz (1/T0) von 10k Hz bis 500 kHz und eine Wiederholungsrate (1/TW) von >=1 ms hat. 4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that the high voltage has a frequency (1 / T 0 ) of 10k Hz to 500 kHz and a repetition rate (1 / T W ) of> = 1 ms.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verweildauer des Prozessgutes (4) im Entladungsraum (3) durch eine Steuerung der relativen Bewegung zwischen Prozessgut (4) und Elektrode (1 oder 2) einstellbar ist. 5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that a residence time of the process material (4) in the discharge space (3) by controlling the relative movement between process material (4) and electrode (1 or 2) is adjustable.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegen des Prozessgutes (4) durch Fallen oder Rutschen erfolgt. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the movement of the process material (4) by falling or slipping takes place.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bewegen einer der Elektroden (1, 2) durch Verschieben der Elektrode über das ortsfest positionierte Prozessgut (4) erfolgt. 7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that a movement of one of the electrodes (1, 2) by moving the electrode via the stationarily positioned process material (4).
8. Vorrichtung zum Vorbereiten oder Bearbeiten eines von einem gasförmigen Medium umschlossenen Prozessgutes (4), insbesondere biologischen Prozessgutes (4), umfassend: 8. Device for preparing or processing a process material (4) enclosed by a gaseous medium, in particular biological process material (4), comprising:
- eine erste und eine zweite Elektrode (1, 2), zwischen denen ein Entladungsraum (3) gebildet ist;  - A first and a second electrode (1, 2), between which a discharge space (3) is formed;
- einen ersten elektrischen Schwingkreis (10) und einen  - A first electrical resonant circuit (10) and a
zweiten elektrischen Schwingkreis (11), die magnetisch miteinander gekoppelt sind und in Resonanz oder nahe der Resonanz arbeiten, um eine repetierende Hochspannung an mindestens einer der Elektroden (1, 2) zu erzeugen, um im Entladungsraum energiearme, räumlich ausgedehnte, kanal- förmige elektrische Gasentladungen oder physikalische Plasmen zu erzeugen;  second electrical resonant circuit (11) which are magnetically coupled to each other and operate in resonance or near resonance to a repeating high voltage to at least one of the electrodes (1, 2) to generate at low energy in the discharge space, spatially extended, channel-shaped electric To generate gas discharges or physical plasmas;
- ein Fördermittel (5, 6) zum Bewegen des Prozessgutes (4) relativ zu mindestens einer der Elektroden (1, 2) im Entladungsraum (3) . - A conveying means (5, 6) for moving the process material (4) relative to at least one of the electrodes (1, 2) in the discharge space (3).
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwingkreis (10) eine erste Induktivität (12), eine erste Kapazität (17) und ein passives Schaltelement (18) zum Öffnen und Schließen des ersten Schwingkreises (10) umfasst . 9. The device according to claim 8, characterized in that the first resonant circuit (10) comprises a first inductance (12), a first capacitance (17) and a passive switching element (18) for opening and closing the first resonant circuit (10).
10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite elektrische Schwingkreis eine zweite Induk¬ tivität (13) und eine zweite Kapazität umfasst, wobei die zweite Kapazität durch die Elektroden (1, 2) und das im Entladungsraum (3) befindlich Dielektrikum, umfassend ein gasförmiges Medium und das Prozessgut (4), gebildet ist. 10. The device according to claim 8 or 9, characterized in that the second electrical resonant circuit comprises a second inductance ¬ tivity (13) and a second capacitance, wherein the second capacitance through the electrodes (1, 2) and in the discharge space (3) located dielectric, comprising a gaseous medium and the process material (4) is formed.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch 11. Device according to one of claims 8 to 10, characterized
gekennzeichnet, dass das Fördermittel (5, 6) zum Bewegen des Prozessgutes (4) aus einem elektrisch leitfähigen Material besteht, so dass es selbst eine der Elektroden (1, 2) bildet .  characterized in that the conveying means (5, 6) for moving the process material (4) consists of an electrically conductive material so that it itself forms one of the electrodes (1, 2).
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch 12. Device according to one of claims 8 to 11, characterized
gekennzeichnet, dass das Fördermittel zum Bewegen des  characterized in that the conveying means for moving the
Prozessgutes (4) ein Transportband (5) oder eine Dreh¬ scheibe ist. Process material (4) is a conveyor belt (5) or a rotating ¬ disc.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch 13. Device according to one of claims 8 to 11, characterized
gekennzeichnet, dass das Fördermittel zum Bewegen des  characterized in that the conveying means for moving the
Prozessgutes (4) eine die Schwerkraft des Prozessgutes ausnutzende Einrichtung (6) ist. Good for the process (4) is a device (6) exploiting the gravity of the process material.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass die Hochspannungselektroden (1, 2) als gegenüberstehende großflächige Elektroden und/oder als Kugel- oder Spitzenelektroden (8, 9), die auf einer leitfä- higen Grundplatte (7) angeordnet sind, ausgeführt sind. 14. The device according to one of claims 8 to 13 characterized in that the high-voltage electrodes (1, 2) as the opposite large-surface electrodes and / or as a ball or tip electrodes (8, 9) arranged on a conductibility ELIGIBLE base plate (7) are, are executed.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14 dadurch 15. Device according to one of claims 9 to 14 characterized
gekennzeichnet, dass das passive Schaltelement (18) eine Funkenstrecke ist.  characterized in that the passive switching element (18) is a spark gap.
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