NL1002875C2 - Inrichting voor het transporteren van fluïda in een gecontroleerde laminaire stroom. - Google Patents

Description

Korte aanduiding: Inrichting voor het transporteren van fluïda in een gecontroleerde larainaire stroom.

Ten eerste heeft de onderhavige uitvinding betrekking op een inrichting voor het transporteren van fluida in een gecontroleerde laminaire stroom.

Inrichtingen voor het transporteren van fluïda zijn 5 algemeen bekend en worden gebruikt voor het transporteren van een nagenoeg onbeperkte reeks fluïda. Voorbeelden van dergelijke inrichtingen zijn pompen en dergelijke, waarin het te transporteren fluïdum verplaatst wordt door het fluïdum door middel van bladen, schoepen, peddels enz., 10 die vaak op een draaibare as zijn gemonteerd, door de pomp te dwingen.

Het belangrijkste nadeel van deze bekende inrichtingen is het feit dat de verschafte stroom een turbulente stroom is, of dat tenminste in de inrichting zelf een aan-15 zienlijke turbulentie wordt opgewekt. Deze turbulentie kan schade veroorzaken aan fluïda die bijv. kwetsbare deeltjes kunnen bevatten, zoals bloed, delicate suspensies enz. Een fluïdum in turbulente stroom zal eveneens met de direkte omgevende fluïda mengen, hetgeen niet gewenst is indien 20 men een boven, onder of afzonderlijk door een ander fluïdum bewegend fluïdum wil voortbrengen. Bovendien is een turbulente stroom doorgaans tamelijk luidruchtig.

Derhalve bestaat er een belangrijke behoefte aan een inrichting voor het transporteren van fluïda, waarbij de 25 fluïda getransporteerd kunnen worden in een gecontroleerde laminaire stroom, met inbegrip van de stroom in de inrichting zelf.

Het hoofddoel van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een dergelijke inrichting.

30 De inrichting volgens de uitvinding voor het trans porteren van fluïda in een gecontroleerde laminaire stroom omvat een behuizing met ten minste een inlaat en ten min- 1002875 2 ste een uitlaat, twee of meer draaibare concentrische oppervlakken, die in hoofdzaak evenwijdig ten opzichte van elkaar en ten opzichte van de beoogde stromingsrichting van het fluïdum zijn, om met het fluïdum in aanraking te 5 komen, waarbij de oppervlakken in de behuizing tussen de inlaat en uitlaat ervan aanwezig zijn, waarbij de inrichting voorts middelen omvat voor het tegengaan van het terugstromen van het fluïdum.

Met de inrichting volgens de uitvinding kunnen fluïda 10 op een gecontroleerde laminaire wijze worden getransporteerd, hetgeen betekent dat zowel in de inrichting als bij de in- en uitlaat in hoofdzaak geen turbulentie optreedt en dat de buitengrens van het getransporteerde fluïdum een snelheid van nagenoeg nul bezit ten opzichte van de aan-15 grenzende omgeving. Men neemt aan dat het fluïdumtransport van het hierboven genoemde type gebaseerd is op de viscositeit van het fluïdum en op het principe van de onoplosbaarheid van het fluïdum.

Verrassenderwijs is gebleken dat parallel op afstand 20 van elkaar draaiende concentrische oppervlakken fluïda kunnen verplaatsen en deze vanaf de roterende oppervlakken door middel van centrifugale krachten op een gecontroleerde laminaire wijze kunnen uitslingeren.

Met betrekking tot de onderhavige uitvinding zijn de 25 fluïda niet specifiek beperkt en worden bedoeld vloeistoffen, gassen, dipersies en alle andere stroombare stoffen, waaronder mengsels van gas en vaste stoffen of vloeistof-druppels, emulsies, vaste deeltjes in vloeistoffen, biologische vloeistoffen en oplossingen enz. te omvatten.

30 De afstand tussen de draaibare opvlakken is niet kri tisch, maar is bijvoorkeur relatief klein en zodanig gekozen dat gewaarborgd wordt dat tijdens draaiing de snelheidsverdeling van het fluïdum tussen de oppervlakken in hoofdzaak parabolisch is. De parabolische vorm van de 35 snelheidsverdeling verandert in een sinusvorm wanneer grotere afstand tussen de draaibare oppervlakken worden toegepast, hetgeen resulteert in een stroom met minder doelmatige laminaire kenmerken.

10028/5 3

Het materiaal of de vorm van de draaibare concentrische oppervlakken is niet kritisch, ofschoon het noodzakelijk is dat zij in hoofdzaak' parallel, concentrisch en van gelijke vorm zijn.

5 Met voordeel zijn de draaibare oppervlakken uitge- voerd als een aantal op afstand van elkaar op een gemeenschappelijke aandrijfas opgestelde identieke cirkelvormige schijven.

Op zich zijn inrichtingen voor het transporteren van 10 fluida onder toepassing van draaibare schijven in het vakgebied bekend; deze inrichtingen zijn echter op een zodanige wijze opgebouwd, dat het fluïdumtransport op een turbulente of op een ten minste niet-laminaire wijze plaatsvindt. In dit opzicht wordt naar de volgende publikaties 15 verwezen.

WO-A-95/06610 beschrijft pompen van het draaibare schijf-type voor het transporteren van deeltjesvormig materiaal, in het bijzonder voedselprodukten, welke twee schijven omvatten. Met een dergelijke inrichting kan vast 20 materiaal tegen een tegengesteld gerichte fluidumdruk in worden getransporteerd. Een zogenaamd "dood gebied" waar te transporteren materiaal wordt vastgehouden, wordt vermeden. Het transport vindt echter op een turbulente wijze plaats.

25 US-A-5 192 182 beschrijft een centrifugale ventilator voor het verwijderen van lucht, waarin zich op kleine afstand van elkaar bevindende schijven met een betrekkelijk hoge snelheid worden gedraaid. In deze inrichting treedt de lucht axiaal binnen en wordt radiaal uit de inrichting 30 geslingerd. Deze richtingsverandering van 90° veroorzaakt ten minste in de inrichting turbulentie. Bovendien zijn de schijven door middel van pinnen op verschillende plaatsen met elkaar verbonden, hetgeen nog meer turbulentie in het fluïdum dat hierlangs wordt gevoerd veroorzaakt.

35 US-A-2 632 598 beschrijft een centrifugale luchtven tilator, waarin de lucht eveneens axiaal binnentreedt en in een radiale richting uit de inrichting wordt gedreven, hetgeen turbulentie opwekt. De lucht die uit de ventilator 1002875 4 wordt gedreven verspreidt zich radiaal en wordt met de omgevingslucht verdund, zodat er nooit een laminaire stroom kan ontstaan. In het geval dat de ventilator in een behuizing is ingebouwd wordt de lucht eveneens als een 5 stroom met turbulent karakter uitgeblazen.

In een voordelige uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding is de afstand tussen de naast elkaar gelegen oppervlakken in hoofdzaak gelijk en bedraagt bij voorkeur maximaal 20 mm, met meer voorkeur tussen 5 mm en 10 6 mm.

Door de schijven te draaien kan bijv. lucht op een laminaire wijze van de inlaat naar de uitlaat worden getransporteerd op een laminaire wijze. Het is echter noodzakelijk dat er middelen voor het tegengaan van terugstro-15 ming van het fluïdum aanwezig zijn om ten minste gedeeltelijk terugstroming van het fluïdum tegen te gaan; d.w.z. dat deze middelen het mogelijk maken dat er een drukverschil wordt opgebouwd tussen de inlaat en de uitlaat. Dergelijke middelen voor het tegengaan van terugstroming moe-20 ten aanwezig zijn aan de zijde tussen de inlaat en de uitlaat, waar terugstroming zou plaatsvinden, d.w.z. nabij de omtrek van de draaibare oppervlakken, waar de bewegingsrichting van het fluïdum niet overeenkomt met de beoogde stromingsrichting. De middelen voor het tegengaan van te-25 rugstroming moeten eveneens in de nabijheid van de omtrek van de draaibare oppervlakken zijn geplaatst om terugstroom- lekken van de te transporteren vloeistof zo klein mogelijk te houden. De middelen voor het tegengaan van terugstroming kunnen onderdeel van de behuizing zijn of 30 kunnen een afzonderlijk onderdeel (bijv. staaf- of plaatvormig) van de inrichting zijn, dat in de behuizing is gemonteerd, zoals hierboven is beschreven. Bij voorkeur zijn de middelen die terugstroming tegengaan uitgevoerd als een plaat-onderdeel, dat nabij de omtrek van de draai-35 bare oppervlakken is geplaatst en zich niet tot tussen deze oppervlakken uitstrekt.

Om turbulentie bij de uitstroomopening te vermijden zijn de plaats en de afmetingen van de uitstroomopening 4 " Λ f: fs 7 5 bij voorkeur beperkt tot het gebied tussen de gemeenschappelijke aandrijfas en de behuizing, waar de schijven in werking een snelheidscomponent hebben in dezelfde richting als de beoogde fluidum-uitstroom. Dit betekent dat de 5 maximum uitstroomopening waaraan de voorkeur wordt gegeven ongeveer gelijk is aan de straal van de schijven en dat de middelen voor het tegengaan van terugstroming in dat geval bij de uitstroomopening zijn geplaatst, waar de snelheidscomponent van de schijven in de richting van de uitstroom 10 nul is. Het verdient echter meer voorkeur een uitstroomopening toe te passen die kleiner is dan de hierboven beschreven maximale afmetingen. Dat wil zeggen de middelen voor het tegengaan van terugstroming bij een gebied van de schijven te plaatsen waar in werking een aanzienlijke 15 snelheidscomponent in de uitstroomrichting heerst.

Opgemerkt wordt dat het aantal middelen die terugstroming tegengaan, inlaten en uitlaten niet specifiek beperkt is en afhankelijk van de specifieke toepassing van de inrichting volgens de uitvinding gekozen kan worden.

20 In een voorkeursuitvoeringsvorm is de afstand tussen de middelen voor het tegengaan van tegenstroming en de draaibare oppervlakken ten minste 1 mm.

Voor een juist binnentreden van het fluïdum in de inrichting kan de inrichting één of meer geleidingsonder-25 delen omvatten, die een onderdeel van de inlaat kunnen vormen of een afzonderlijk onderdeel kunnen zijn, die bij voorkeur de vorm van een blad of een plaat of dergelijke hebben. Het geleidingsonderdeel kan glijbaar en/of scharnierbaar in de inrichting zijn aangebracht, om de 30 fluïdum-instroom te controleren. Om turbulentie bij de inlaat te vermijden treedt het fluïdum bij voorkeur de inrichting aan de zijde van de gemeenschappelijke aandrijfas binnen, waar de schijven in werking een snelheidscomponent in dezelfde richting bezitten als de fluïdum-instroom.

35 Het draaibare oppervlak kan op verschillende wijzen worden gekozen. Bij voorkeur is de dikte zo klein mogelijk.

De stroomsnelheid van de inrichting volgens de uit- 1002875 6 vinding kan worden verbeterd door de draaibare oppervlakken te voorzien van betrekkelijk kleine onregelmatigheden in het oppervlak.

Ofschoon dergelijke onregelmatigheden verdiepingen, 5 uittreksels of combinaties ervan kunnen zijn, zijn deze bij voorkeur uitgevoerd in de vorm van perforaties in de draaibare oppervlakken.

In een specifieke uitvoeringsvorm omvat de aandrijfas een holle as, die kan worden verbonden met een bron voor 10 een verwarmings- of koelmedium, waarbij de as en de draaibare oppervlakken een warmtegeleidend materiaal omvatten. Op deze wijze kan de temperatuur van het transporteren fluïdum worden geregeld.

In een tweede aspect wordt een werkwijze verschaft 15 voor het transporteren van een fluïdum in een laminaire stroom onder toepassing van de inrichting volgens de uitvinding, waarin de draaisnelheid tussen 300 en 5000 tpm en bij voorkeur tussen 1500 en 2500 tpm ligt.

Door het verhogen van de diameter van de draaibare 20 oppervlakken kan de stroomsnelheid worden verhoogd.

Voorts betreft de uitvinding het gebruik van de inrichting volgens de uitvinding voor het verschaffen van een laminaire luchtstroom in een ruimte, boven een onderst euningsvlak, bijv. in een zuurkast of een uitstalvitri-25 ne. In een dergelijke inrichting kan de verdamping van vluchtige stoffen uit bijv. chemische samenstellingen resp. van bijv. vocht uit levensmiddelen worden tegengegaan. Door de laminaire luchtstroom kan eveneens een isolerende werking worden verkregen, omdat de warmteuitwisse-30 ling tussen de laminaire luchtstroom en de omgeving nagenoeg wordt opgeheven. Zo kan men door middel van de laminaire luchstroom een omgeving met lagere temperatuur doelmatig scheiden van een omgeving met hogere temperatuur of vice versa.

35 In het geval van het tegengaan van verdamping van vocht uit levensmiddelen kan een luchtkussen zonder enige turbulentie op een afstand worden getransporteerd boven een ondersteuningsoppervlak van een uitstalvitrine waarop

1G 0 ? « ^ K

7 de levensmiddelen, gewoonlijk vleesprodukten of dergelijke worden ondersteund. De uitwisseling van materie en energie uit respectievelijk naar het luchtkussen naar respectievelijk uit de omgeving wordt in hoofdzaak opgeheven, hetgeen 5 betekent dat de relatieve vochtigheid van de ruimte die door het kussen wordt bedekt in hoofdzaak constant zal zijn en op een relatief hoge waarde kan worden gehouden. De getransporteerde lucht kan eventueel door de inrichting volgens de uitvinding op de hierboven genoemde wijze wor-10 den gekoeld, om een bijdrage te leveren aan de eventueel gewenste koeling in de vitrine en om de opname van vocht uit de omgeving door het luchtkussen zo laag mogelijk te houden. Uiteraard is het tevens mogelijk, de uitstalvitri-ne desgewenst te voorzien van een verwarmde laminaire 15 luchtstroom.

De onderhavige uitvinding heeft eveneens betrekking op een uitstalvitrine, omvattend een behuizing, middelen voor het ondersteunen van te tonen produkten, waarin een inrichting volgens de uitvinding aanwezig is om een lucht-20 kussen boven de getoonde produkten te verschaffen. De vitrine kan desgewenst met daartoe geschikte middelen worden gekoeld of verwarmd. Genoemde middelen kunnen eveneens de inrichting volgens de uitvinding omvatten.

De onderhavige uitvinding is echter niet beperkt tot 25 specifieke toepassingen, afmetingen of fluïda zoals hierboven zijn beschreven, maar kan worden toegepast wanneer een laminaire stroom is vereist. Deze toepassingen omvatten bijv. bloedtransport, transport van delicaat materiaal in een vloeistof of een gas, windtunnels voor het testen 30 van aërodynamische eigenschappen, ruimte voor hygiënisch (steriel) werken enz.

De onderhavige uitvinding is eveneens zeer goed geschikt als transportmiddel voor het transporteren van lucht in luchtbeheersingsinrichtingen, zoals inrichtingen 35 die de relatieve vochtigheid regelen, luchtbehandelingsin-richingen, condensors, koelinrichtingen in bijv. computers en andere microëlectronische apparaten, grillovens enz.

In het onderstaande zal de uitvinding in meer detail 1002875 8 onder verwijzing naar de bijgevoegde tekeningen worden toegelicht, waarin: fig. la-f verschillende uitvoeringsvormen van de inrichting volgens de uitvinding in een schematische dwars-5 doorsnede-weergave tonen; fig. 2 een schematische dwarsdoorsnede van een koelvitrine voor het tonen van voedselprodukten in een supermarkt of dergelijke toont; en fig. 3 een holle aandrijfas met een aantal schijven 10 toont.

In fig. la is een fluïdum-transportbuis 1 getoond, waarin de inrichting 2 volgens de uitvinding is geplaatst. Deze omvat een inlaat 3 en een uitlaat 4 en een aantal evenwijdige schijven 5, draaibaar rond een centrale ge-15 meenschappelijke as 6, en een behuizing 7. Met pijlen zijn de respectievelijke richtingen van draaiing en stroming van het getransporteerde fluïdum getoond. Een deel van de behuizing 7 doet in dit geval dienst als de middelen 11 voor het tegengaan van terugstroming, om ten minste ge-20 deeltelijk terugstroming van het fluïdum tegen te gaan.

Zoals hierboven is beschreven verdient het de voorkeur dat de middelen voor het tegengaan van terugstroming geplaatst zijn op een kleine afstand van de omtrek van de schijven en dat deze zich niet tot tussen de schijven uit-25 strekken.

In fig. lb is een andere uitvoeringsvorm getoond waarin twee buizen 8 en 9 met elkaar door middel van een bochtstuk van 360° zijn verbonden en in welk bochtstuk de inrichting volgens de uitvinding is geplaatst, omvattend 30 schijven 5, draaibaar rond een centrale as 6. In deze uitvoeringsvorm doet een scheidingswand 10 eveneens dienst als middelen voor het tegengaan van terugstroming.

In fig. lc-f zijn aanvullende voorbeelden getoond die laten zien dat de inrichting volgens de uitvinding in al-35 lerlei soorten van specifieke constructies en vormen kan worden uitgevoerd. In fig. lc is geleidingsonderdeel 12 met een scharnier 13 aanwezig, om de richting en hoeveelheid van de fluïdum-instroom te regelen.

10 0 ? δ 7 5 9

In fig. Id is een uitvoeringsvorm getoond waardoor twee laminaire uitstromende fluïdumstromen worden gevormd.

In fig. Ie zijn vijf radiaal geplaatste middelen voor het tegengaan van terugstroming aanwezig, zodat meerdere 5 laminair uitstromende fluïdumstromen worden gevormd.

Fig. lf toont een uitvoeringsvorm waarin twee inlaten en één uitlaat aanwezig zijn.

In fig. 2 is een uitstalvitrine 20 getoond, omvattend een koelruimte 21 waarin vleesprodukten 22 op presenteer-10 bladen op een ondersteuningsoppervlak 23 zijn geplaatst. De uitstalvitrine omvat een glazen venster 24, een bodem 25 en wanden 26 en 27 met een bedieningsoppervlak 28. Tussen de bodem 25 en het ondersteuningsoppervlak 23 is een ruimte aanwezig, waarin een koelinrichting geplaatst kan 15 zijn. In dit geval omvat de inrichting 2 volgens de uitvinding draaibare metalen schijven 5, waarbij de centrale as uitgevoerd is als een holle metalen as 29 die verbonden kan worden met een bron voor koelmedium. Bij voorkeur zijn de as en de schijven uit aluminium of een ander materiaal 20 met goede warmtegeleidende eigenschappen vervaardigd.

De middelen 11 voor het tegengaan van terugstroming en het geleidingsonderdeel 12 zijn aangegeven zoals in fig. lc.

In werking wordt de as 29 in de richting van de pijl 25 gedraaid en zal er gekoelde lucht door de koelvitrine stromen zoals door middel van de pijlen is aangegeven. Met gestippelde lijnen zijn de grenzen van het luchtkussen schematisch bij 30 aangegeven. De lucht nabij het vlees 22 is in hoofdzaak stationair als gevolg van de laminaire 30 luchtstroom.

In fig. 3 is een draaibare holle as 20 met de schijven 5 in een perspectivisch aanzicht getoond. Voor dit doel hebben de schijven bij voorkeur een diameter van ongeveer 150 mm en een dikte van ongeveer 2,5 mm, waarbij de 35 tussenruimte tussen de schijven ongeveer 5 mm bedraagt.

1002875

Claims (16)

1. Inrichting voor het transporteren van fluïda in een gecontroleerde laminaire stroom, omvattend een behuizing met ten minste een inlaat en ten minste een uitlaat, twee 5 of meer draaibare concentrische oppervlakken die in hoofdzaak evenwijdig ten opzichte van elkaar en ten opzichte van de beoogde stromingsrichting van het fluïdum zijn om met het fluïdum in aanraking te komen, waarbij de oppervlakken in de behuizing tussen de inlaat en uitlaat ervan 10 aanwezig zijn, waarbij de inrichting voorts middelen omvat voor het tegengaan van het terugstromen van het fluïdum.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de afstand tussen de draaibare oppervlakken gekozen is om te waarborgen dat tijdens de draaiing ervan de snel- 15 heidsverdeling van het fluïdum tussen de oppervlakken in hoofdzaak parabolisch is.

3. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de draaibare oppervlakken als een aantal zich op afstand van elkaar opgestelde identieke cirkelvormige schij- 20 ven op een gemeenschappelijke aandrijfas zijn uitgevoerd.

4. Inrichting volgens één of meer van de conclusies 1-3, met het kenmerk, dat de afstand tussen naburige oppervlakken in hoofdzaak identiek is.

5. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande con-25 clusies, met het kenmerk, dat de afstand tussen naburige oppervlakken maximaal 20 mm bedraagt.

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de stand tussen naburige oppervlakken tussen 3 mm en 6 mm ligt.

7. inrichting volgens één of meer van de voorgaande con clusies, met het kenmerk, dat de middelen voor het tegengaan van terugstroming zijn uitgevoerd als een plaat-onderdeel, dat zich nabij de omtrek van de draaibare oppervlakken bevindt.

8. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande con clusies, met het kenmerk, dat de afstand tussen de middelen voor het tegengaan van terugstroming en de omtrek van de draaibare oppervlakken ten minste 1 mm bedraagt. 1002875

9. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de dikte van de draaibare oppervlakken zo klein mogelijk is.

10. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande con-5 clusies, met het kenmerk, dat de draaibare oppervlakken betrekkelijk kleine onregelmatigheden op het oppervlak omvatten.

11. Inrichting volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de onregelmatigheden op het oppervlak in de vorm van per- 10 foraties in de draaibare oppervlakken zijn uitgevoerd.

12. Inrichting volgens één of meer van de conclusies 3-11, met het kenmerk, dat de aandrijfas een holle as omvat, welke met een bron voor een verwarmings- of een koelmedium kan worden verbonden, waarbij de as en de 15 draaibare oppervlakken een warmtegeleidend materiaal omvatten.

13. Werkwijze voor het transporteren van fluida in een laminaire stroom onder toepassing van de inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, waarbij de 20 de oppervlakken worden gedraaid met een draaisnelheid tussen 300 en 5000 tpm.

14. Werkwijze volgens conclusie 13, met het kenmerk, dat de draaisnelheid van de oppervlakken tussen 1500 en 2500 tpm ligt.

15. Toepassing van de inrichting volgens één of meer van de conclusies 1-12 voor het verschaffen van een laminaire luchtstroom in een ruimte.

16. Uitstalvitrine, omvattend een behuizing, middelen voor het ondersteunen van te tonen produkten, met het ken-3 0 merk, dat een inrichting volgens één of meer van de conclusies 1-12 aanwezig is om een luchtkussen boven de getoonde produkten te verschaffen. 1002875