[go: up one dir, main page]

WO2012069632A1 - Verfahren und vorrichtung zum vorbereiten oder bearbeiten eines von einem gasförmigen medium umschlossenen prozessgutes mithilfe elektrischer entladungen - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum vorbereiten oder bearbeiten eines von einem gasförmigen medium umschlossenen prozessgutes mithilfe elektrischer entladungen Download PDF

Info

Publication number
WO2012069632A1
WO2012069632A1 PCT/EP2011/071031 EP2011071031W WO2012069632A1 WO 2012069632 A1 WO2012069632 A1 WO 2012069632A1 EP 2011071031 W EP2011071031 W EP 2011071031W WO 2012069632 A1 WO2012069632 A1 WO 2012069632A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
process material
electrodes
resonant circuit
electrode
electrical
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2011/071031
Other languages
English (en)
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Technische Universitaet Ilmenau filed Critical Technische Universitaet Ilmenau
Priority to EP11801995.9A priority Critical patent/EP2643910A1/de
Publication of WO2012069632A1 publication Critical patent/WO2012069632A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

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

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Vorbereiten oder Bearbeiten von Prozessgut, insbesondere biologischem Prozessgut. Mit der vorliegenden Erfindung werden ein verbessertes und energieeffizienteres Verfahren und eine zugehörige Vorrichtung zur Zerstörung bzw. zum Aufschluss der Oberfläche und/oder der Zellen von Biomasse im weitesten Sinne (Prozessgut) zur schnelleren Freisetzung und effektiveren Verwertung der Inhaltsstoffe bereitgestellt. Erfindungsgemäß wird das Prozessgut kanalförmigen, energiearmen elektrischen Gasentladungen bzw. physikalischen Plasmen ausgesetzt. Durch den inneren Entladungsdruck wird ein effizienter Aufschluss bzw. die Zerstörung der Oberfläche/Zellen erzielt. Dabei werden die elektrischen Gasentladungen bzw. physikalischen Plasmen von einer Hochspannung mit hoher Frequenz verursacht, die von einer Vorrichtung durch die vorzugsweise resonante magnetische Kopplung von mindestens zwei elektrischen Schwingkreisen erzeugt wird.

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
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) .
Aus dem Stand der Technik sind bereits seit Langem eine Viel¬ zahl von Verfahren und Vorrichtungen zur Bearbeitung von organischen oder anorganischen Stoffen bekannt.
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 .
Aus der Druckschrift DE 195 342 32 C2 ist ein Verfahren zur Zerkleinerung und Zertrümmerung von Festkörpern bekannt. Die
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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 .
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 .
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.
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. von
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.
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) .
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.
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.
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 aufwendige
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 .
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.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches und durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des achten Patentanspruches gelöst.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Bevorzugte weitere Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Patentansprüchen 2 bis 7 angegeben.
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.
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.
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 elektrischen
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 erste
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.
Bevorzugte weitere Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Patentansprüchen 9 bis 15 angegeben.
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.
Es zeigen: Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Hochspannungs¬ elektrodenanordnung eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 2: eine schematische Darstellung einer Hochspannungs¬ elektrodenanordnung eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 3: eine schematische Darstellung einer Hochspannungs¬ elektrodenanordnung eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 4: eine schematische Darstellung einer Hochspannungs¬ elektrodenanordnung eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 5: eine erste bevorzugte Aus führungs form einer Hochspannungselektrode ;
Fig. 6: eine zweite bevorzugte Aus führungs form einer Hochspannungselektrode ;
Fig. 7: eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 8: eine Variante der magnetischen Kopplung zweier elektrischer Schwingkreise zur Erzeugung einer repetierenden Hochspannung;
Fig. 9: eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs der erfindungsgemäß erzeugten Hochspannung.
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.
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.
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.
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.
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 dargestellten
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.
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.
Die Form und räumliche Ausdehnung der Hochspannungselektroden 1, 2 ist entscheidend für die Charakteristik und die räumliche
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.
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.
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 die
Vorteile homogener und inhomogener Anordnungen.
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.
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 eine
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
f 1
/ 0= / wird hierbei durch die erste Induktivität 12 und die erste Kapazität 17 des ersten Schwingkreises 10 bestimmt. Die
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.
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.
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.
Figure imgf000023_0001
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.
Um dem Fachmann die Dimensionierung der Bestandteile erfindungsgemäßen Vorrichtung zu erleichtern, werden nachfolgen zwei konkrete Ausführungsbeispiele benannt.
Beispiel 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.
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.
Beispiel 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.
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 die
Kräuter in einer dünnen Schicht, also in möglichst wenigen Lagen, aufgebracht und durch den Entladungsraum 3 bewegt.
Bezugs zeichenliste :
1 Elektrode / Hochspannungselektrode
2 Elektrode / Hochspannungselektrode / Erdelektrode
3 Entladungsraum
4 Prozessgut
5 Förder- oder Transportband
6 schiefe Ebene
7 leitfähige Grundplatte
8 Spitzenelektrode
9 Kugelelektrode
10 erster Schwingkreis
11 zweiter Schwingkreis
12 Induktivität / Spule
13 Induktivität / Spule
14 Primärspule
15 Sekundärspule
16 Hochspannungstransformator
17 Kapazität
18 Schaltelement
T0 - Kehrwert der Eigenfrequenz f0
Tw - Wiederholrate

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Vorbereiten oder Bearbeiten eines von einem gasförmigen Medium umschlossenen Prozessgutes (4), folgende Schritte umfassend:
- Einbringen des Prozessgutes (4) in einen Entladungsraum (3) zwischen einer ersten Elektrode (1) und einer zweiten Elektrode (2) ;
- Erzeugen von energiearmen, räumlich ausgedehnten, repetierenden, kanalförmigen elektrischen Gasentladungen oder physikalischen Plasmen im Entladungsraum (3);
- Bewegen des Prozessgutes (4) relativ zu mindestens einer der Elektroden (1, 2) im Entladungsraum (3) mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit.
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.
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.
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.
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.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bewegen des Prozessgutes (4) durch Fallen oder Rutschen erfolgt.
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.
8. Vorrichtung zum Vorbereiten oder Bearbeiten eines von einem gasförmigen Medium umschlossenen Prozessgutes (4), insbesondere biologischen Prozessgutes (4), umfassend:
- eine erste und eine zweite Elektrode (1, 2), zwischen denen ein Entladungsraum (3) gebildet ist;
- einen ersten elektrischen Schwingkreis (10) und einen
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;
- ein Fördermittel (5, 6) zum Bewegen des Prozessgutes (4) relativ zu mindestens einer der Elektroden (1, 2) im Entladungsraum (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 .
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.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch
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 .
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass das Fördermittel zum Bewegen des
Prozessgutes (4) ein Transportband (5) oder eine Dreh¬ scheibe ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass das Fördermittel zum Bewegen des
Prozessgutes (4) eine die Schwerkraft des Prozessgutes ausnutzende Einrichtung (6) ist.
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.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14 dadurch
gekennzeichnet, dass das passive Schaltelement (18) eine Funkenstrecke ist.
PCT/EP2011/071031 2010-11-25 2011-11-25 Verfahren und vorrichtung zum vorbereiten oder bearbeiten eines von einem gasförmigen medium umschlossenen prozessgutes mithilfe elektrischer entladungen Ceased WO2012069632A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11801995.9A EP2643910A1 (de) 2010-11-25 2011-11-25 Verfahren und vorrichtung zum vorbereiten oder bearbeiten eines von einem gasförmigen medium umschlossenen prozessgutes mithilfe elektrischer entladungen

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010052723.8 2010-11-25
DE201010052723 DE102010052723B4 (de) 2010-11-25 2010-11-25 Verfahren und Vorrichtung zum Vorbereiten oder Bearbeiten von Prozessgut, insbesondere biologischen Prozesgut

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012069632A1 true WO2012069632A1 (de) 2012-05-31

Family

ID=45418622

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/071031 Ceased WO2012069632A1 (de) 2010-11-25 2011-11-25 Verfahren und vorrichtung zum vorbereiten oder bearbeiten eines von einem gasförmigen medium umschlossenen prozessgutes mithilfe elektrischer entladungen

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2643910A1 (de)
DE (1) DE102010052723B4 (de)
WO (1) WO2012069632A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10150933B2 (en) 2015-05-27 2018-12-11 Evonik Degussa Gmbh Process for removing metal from a metal-containing glyceride oil comprising a basic quaternary ammonium salt treatment
US10221374B2 (en) 2015-05-27 2019-03-05 Evonik Degussa Gmbh Process for refining glyceride oil comprising a basic quaternary ammonium salt treatment
US10301572B1 (en) 2017-11-10 2019-05-28 Evonik Degussa Gmbh Process for extracting fatty acids from triglyceride oils
US10316268B2 (en) 2015-05-27 2019-06-11 The Queen's University Of Belfast Process for removing chloropropanols and/or glycidol, or their fatty acid esters, from glyceride oil, and an improved glyceride oil refining process comprising the same

Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1034766B (de) 1956-12-15 1958-07-24 Bruno Engelhardt Schaltungsanordnung zum Pruefen duenner Schichten aus elektrisch isolierendem Material
DE1564166B2 (de) 1965-07-24 1972-04-06 Institut Jadernoj Fisiki Sibirs kogo otdelenija Akademn Nauk, Nowosi birsk (Sowjetunion) Teilchenbeschleuniger mit einem resonanz-hochspannungs-impulstransformator
DE2410060A1 (de) 1974-03-02 1975-09-11 Texmato Ges Fuer Automatisieru Vorrichtung zum perforieren von folien
DE8807090U1 (de) 1988-05-31 1988-07-21 Afs Entwicklungs + Vertriebs Gmbh, 8901 Diedorf Coronagenerator
US4838154A (en) 1985-05-31 1989-06-13 Maxwell Laboratories, Inc. Apparatus for extending the shelf life of fluid food products
DE3923694C1 (en) 1989-07-18 1990-05-31 Afs Entwicklungs + Vertriebs Gmbh, 8901 Diedorf, De Corona generator for handling of plastics foils - is controlled by frequency generator with frequencies altered using phase measurement circuit
DE4235766C1 (de) 1992-10-24 1994-05-05 Agrodyn Hochspannungstechnik G Koronagenerator
DE4438533A1 (de) 1994-11-02 1996-05-09 Softal Elektronik Gmbh Verfahren zur Koronabehandlung bei Atmosphärendruck
DE19534232C2 (de) 1995-09-15 1998-01-29 Karlsruhe Forschzent Verfahren zur Zerkleinerung und Zertrümmerung von aus nichtmetallischen oder teilweise metallischen Bestandteilen konglomerierten Festkörpern und zur Zerkleinerung homogener nichtmetallischer Festkörper
DE19802662A1 (de) 1998-01-24 1999-07-29 Kuesters Eduard Maschf Verfahren zur Herstellung von Verbundfolien
DE19957775C1 (de) 1999-12-01 2000-07-13 Wolfgang Vioel Verfahren zur Modifizierung von Holzoberflächen durch elektrische Entladung unter Atmosphärendruck
WO2003002244A1 (en) 2001-06-26 2003-01-09 Idatech, Llc Fuel processor feedstock delivery system
DE10144486C1 (de) 2001-09-10 2003-04-24 Karlsruhe Forschzent Verfahren zum kontinuierlichen nichtthermischen Aufschluß und Pasteurisieren industrieller Mengen organischen Prozessguts durch Elektroporation und Reaktor zum Durchführen des Verfahrens
DE10144479C2 (de) 2001-09-10 2003-09-04 Karlsruhe Forschzent Elektroporationsreaktor zur kontinuierlichen Prozessierung von stückigen Produkten
WO2004023927A1 (de) 2002-08-24 2004-03-25 Vioel Wolfgang Verfahren und vorrichtung zur vorbereitung eines finger- oder fussnagels für eine beschichtung, insbesondere lackierung
DE102005046413A1 (de) 2005-09-28 2007-04-05 Siemens Ag Verfahren für die Elektroporation landwirtschaftlicher Produkte und zugehörige Schaltungsanordnung
EP1628688B1 (de) 2003-06-03 2007-05-23 Fachhochschule Hildesheim / Holzminden / Göttingen Behandlung von lebende zellen enthaltenden biologischen materialien mit einem durch eine gasentladung erzeugten plasma
DE102006020484A1 (de) 2006-04-28 2007-11-08 Fachhochschule Hildesheim/Holzminden/Göttingen Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Schüttgut mit einem physikalischen Plasma bei Atmosphärendruck

Patent Citations (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1034766B (de) 1956-12-15 1958-07-24 Bruno Engelhardt Schaltungsanordnung zum Pruefen duenner Schichten aus elektrisch isolierendem Material
DE1564166B2 (de) 1965-07-24 1972-04-06 Institut Jadernoj Fisiki Sibirs kogo otdelenija Akademn Nauk, Nowosi birsk (Sowjetunion) Teilchenbeschleuniger mit einem resonanz-hochspannungs-impulstransformator
DE2410060A1 (de) 1974-03-02 1975-09-11 Texmato Ges Fuer Automatisieru Vorrichtung zum perforieren von folien
US4838154A (en) 1985-05-31 1989-06-13 Maxwell Laboratories, Inc. Apparatus for extending the shelf life of fluid food products
DE8807090U1 (de) 1988-05-31 1988-07-21 Afs Entwicklungs + Vertriebs Gmbh, 8901 Diedorf Coronagenerator
DE3923694C1 (en) 1989-07-18 1990-05-31 Afs Entwicklungs + Vertriebs Gmbh, 8901 Diedorf, De Corona generator for handling of plastics foils - is controlled by frequency generator with frequencies altered using phase measurement circuit
DE4235766C1 (de) 1992-10-24 1994-05-05 Agrodyn Hochspannungstechnik G Koronagenerator
DE4438533A1 (de) 1994-11-02 1996-05-09 Softal Elektronik Gmbh Verfahren zur Koronabehandlung bei Atmosphärendruck
DE19534232C2 (de) 1995-09-15 1998-01-29 Karlsruhe Forschzent Verfahren zur Zerkleinerung und Zertrümmerung von aus nichtmetallischen oder teilweise metallischen Bestandteilen konglomerierten Festkörpern und zur Zerkleinerung homogener nichtmetallischer Festkörper
DE19802662A1 (de) 1998-01-24 1999-07-29 Kuesters Eduard Maschf Verfahren zur Herstellung von Verbundfolien
DE19957775C1 (de) 1999-12-01 2000-07-13 Wolfgang Vioel Verfahren zur Modifizierung von Holzoberflächen durch elektrische Entladung unter Atmosphärendruck
WO2003002244A1 (en) 2001-06-26 2003-01-09 Idatech, Llc Fuel processor feedstock delivery system
DE10144486C1 (de) 2001-09-10 2003-04-24 Karlsruhe Forschzent Verfahren zum kontinuierlichen nichtthermischen Aufschluß und Pasteurisieren industrieller Mengen organischen Prozessguts durch Elektroporation und Reaktor zum Durchführen des Verfahrens
DE10144479C2 (de) 2001-09-10 2003-09-04 Karlsruhe Forschzent Elektroporationsreaktor zur kontinuierlichen Prozessierung von stückigen Produkten
WO2004023927A1 (de) 2002-08-24 2004-03-25 Vioel Wolfgang Verfahren und vorrichtung zur vorbereitung eines finger- oder fussnagels für eine beschichtung, insbesondere lackierung
EP1628688B1 (de) 2003-06-03 2007-05-23 Fachhochschule Hildesheim / Holzminden / Göttingen Behandlung von lebende zellen enthaltenden biologischen materialien mit einem durch eine gasentladung erzeugten plasma
DE102005046413A1 (de) 2005-09-28 2007-04-05 Siemens Ag Verfahren für die Elektroporation landwirtschaftlicher Produkte und zugehörige Schaltungsanordnung
DE102006020484A1 (de) 2006-04-28 2007-11-08 Fachhochschule Hildesheim/Holzminden/Göttingen Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Schüttgut mit einem physikalischen Plasma bei Atmosphärendruck
EP2024080B1 (de) 2006-04-28 2010-09-01 Fachhochschule Hildesheim / Holzminden / Göttingen Verfahren und vorrichtung zur behandlung von schüttgut mit einem physikalischen plasma bei atmosphärendruck

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10150933B2 (en) 2015-05-27 2018-12-11 Evonik Degussa Gmbh Process for removing metal from a metal-containing glyceride oil comprising a basic quaternary ammonium salt treatment
US10221374B2 (en) 2015-05-27 2019-03-05 Evonik Degussa Gmbh Process for refining glyceride oil comprising a basic quaternary ammonium salt treatment
US10316268B2 (en) 2015-05-27 2019-06-11 The Queen's University Of Belfast Process for removing chloropropanols and/or glycidol, or their fatty acid esters, from glyceride oil, and an improved glyceride oil refining process comprising the same
US10301572B1 (en) 2017-11-10 2019-05-28 Evonik Degussa Gmbh Process for extracting fatty acids from triglyceride oils

Also Published As

Publication number Publication date
DE102010052723A1 (de) 2012-05-31
DE102010052723B4 (de) 2013-11-07
EP2643910A1 (de) 2013-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10144486C1 (de) Verfahren zum kontinuierlichen nichtthermischen Aufschluß und Pasteurisieren industrieller Mengen organischen Prozessguts durch Elektroporation und Reaktor zum Durchführen des Verfahrens
DE19534232C2 (de) Verfahren zur Zerkleinerung und Zertrümmerung von aus nichtmetallischen oder teilweise metallischen Bestandteilen konglomerierten Festkörpern und zur Zerkleinerung homogener nichtmetallischer Festkörper
EP2890318B1 (de) Vorrichtung zur behandlung von biologischem gewebe mit einem niederdruckplasma
DE202013101914U1 (de) Physikalisches Mittel zum Induzieren von regenerativen Wirkungen auf lebende Gewebe und Fluide
DE602004007126T2 (de) Vorrichtung und verfahren zur bildung eines plasmas
WO2012069632A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum vorbereiten oder bearbeiten eines von einem gasförmigen medium umschlossenen prozessgutes mithilfe elektrischer entladungen
EP2046506B1 (de) Verfahren zum plasmabehandeln einer oberfläche
DE10144479C2 (de) Elektroporationsreaktor zur kontinuierlichen Prozessierung von stückigen Produkten
DE102006020483A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Saatgut mit einem physikalischen Plasma bei Atmosphärendruck
EP0148380A2 (de) Elektroimpulsverfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Stoffen
EP3329747B1 (de) Elektrodenanordnung und plasmabehandlungsvorrichtung für eine oberflächenbehandlung eines körpers
DE102013217864B4 (de) Verfahren zum Aushärten von hydraulisch abbindenden Baustoffgemischen und Behandlungsvorrichtung
DE102007039758A1 (de) Einrichtung und Verfahren zur Erzeugung eines Plasmas durch niederfrequente induktive Anregung
EP2024080B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur behandlung von schüttgut mit einem physikalischen plasma bei atmosphärendruck
WO2009012949A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur aufbereitung organischer und/oder anorganischer medien
DE102014213967A1 (de) Vorrichtung zur Hydophilierung von Zahnimplantaten
EP2751826A2 (de) Vorrichtung zur erzeugung von thermodynamisch kaltem mikrowellenplasma
EP1946623B1 (de) Vorrichtung zum zünden und erzeugen eines sich ausdehnenden, diffusen mikrowellenplasmas vorrichtung zur plasmabehandlung von oberflächen und stoffen mittels dieses plasmas
DE1492380A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Sterilisierung von Oberflaechen mittels eines Plasmas
WO2005117257A1 (de) Einrichtung zum elektroporieren von biologisch pflanzlichem prozessgut
DE4240272A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Erwärmung verlustbehafteter Dielektrika mittels elektromagnetischer Wechselfelder im Mittelfrequenzbereich
DE102009034707B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Hochspannungsimpulsbehandlung sowie dessen Verwendung
EP4154292A1 (de) Mikrowellenbehandlungseinrichtung
DE102018214715B4 (de) Verfahren zum Abbau von Schadstoffen in Wasser
DE102007024027B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur kombinierten Behandlung einer Oberfläche mit einem Plasma und mit elektromagnetischer Strahlung sowie deren Anwendung

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11801995

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2011801995

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011801995

Country of ref document: EP