DE3707660C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen kontaktlosen Rohrleitungstransport, d. h. ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Transport feiner Teilchen, die durch ein gasförmiges Fluid durch Rohrleitungen getragen werden, ohne in Kontakt mit den Innenwandflächen der Rohrleitungen zu treten und insbesondere eine Vorrichtung zur Verhinderung eines Kontaktes, die einen verhältnismäßig einfachen Aufbau aufweist und an den Rohrleitungen derart vorgesehen ist, daß der kontaktlose Transport mit gutem Wirkungsgrad durchgeführt werden kann.

Ein Rohrleitungstransport, wie beispielsweise eine pneumatische Förderung, wurde bereits in verschiedenen industriellen Einsatzgebieten als Transportvorrichtung verwendet, die sich am besten für kontinuierliche Vorgänge eignet und bei der Behandlung von Teilchen unentbehrlich ist.

Bei einem bekannten Rohrleitungstransportverfahren für Teilchen wurden einfache Rohrleitungen verwendet. Im Falle grober Teilchen traten selbst bei den bekannten Rohrleitungstransportverfahren wenig Schwierigkeiten, jedoch bei Verringerung der Teilchengröße eine ernste Schwierigkeit durch die Teilchenhaftung an der Innenwandfläche der Rohrleitung auf.

Aus DE-AS 11 43 754 ist bekannt, die mit der Haftung der Teilchen einhergehende Ablagerung in geradlinigen horizontal oder fast horizontal verlaufenden Rohrleitungen durch einfache Verformung der Rohrunterseite zu verhindern. Jedoch schafft der beschriebene mit rampen- oder rastenartigen Einbauten versehene Rohrleitungsverlauf Abhilfe nur für gradlinige und nahezu horizontal verlaufende Rohrleitungssysteme. Der Kontakt zwischen dem Fördergut und der Rohrleitung wird nicht vermieden, vielmehr wird lediglich die den Verschleiß reduzierende Wirkung der Verformungen hervorgehoben.

Andererseits wurden, abgesehen von üblichen Rohrleitungstransportverfahren, Verfahrensweisen zur Beeinflussung der Bewegung elektrisch geladener Teilchen durch Einwirkung elektrischer Felder entwickelt.

Ferner wurde der Versuch gemacht, bezüglich eines kontaktlosen Rohrleitungstransports von Teilchen ein Verfahren zu entwickeln, das ein ungleichmäßiges elektrisches Wechselfeld verwendet, um die Bewegung der Teilchen zu beeinflussen.

Aus der DE-AS 23 55 196 ist eine Vorrichtung zum pneumatischen Fördern eines Fördergutes bekannt, bei der in Längsrichtung auf die Rohrleitung Elektroden angebracht werden, so daß zwei in bezug auf die Querschnittsfläche der Rohrleitung sich räumlich kreuzende und phasenverschobene Wechselfelder ein resultierendes Feld bilden. Dieses Feld vermeidet das Festsetzen des Fördergutes, insbesondere im Bereich von Krümmungen der Rohrleitung; ein Kontakt jedoch zwischen Fördergut und Innenwand wird durch die beschriebene Anordnung nicht vermieden. Vielmehr wird durch das überlagerte zweite Wechselfeld Fördergut, das sich aufgrund der Einwirkung des ersten Wechselfeldes an der Rohrwandung abgesetzt hat, wieder von der Rohrwandung entfernt.

Bei einem weiteren Verfahren sind eine Anzahl ringförmiger Elektroden, von denen jede die Rohrleitung umgibt, fortlaufend in Reihe längs der Längsachse der Rohrleitung angeordnet, die abwechselnd elektrisch miteinander verbunden sind. Durch Aufbringen einer einphasigen Wechselspannung werden den Teilchen im Einklang mit nicht-gleichförmigen elektrischen Wechselfeldern, die aufeinanderfolgend zwischen benachbarten Elektroden gebildet werden, Schwingungen erteilt, worauf die Teilchen im Durchschnitt von den Elektroden abgetrieben werden und veranlaßt werden, gegen die Mittelachse der Rohrleitung zu strömen. Dabei wird ein elektrischer Feldvorhang über die Innenwandflächen der Rohrleitung ausgebreitet. Obgleich dabei die Teilchen mit gutem Wirkungsgrad ohne Kontakt mit den Innenflächen der Rohrleitung durch dieselbe gefördert werden, hat dieses Verfahren den Nachteil, daß die fortlaufende Anordnung von ringförmigen Elektroden über die gesamte Länge der Rohrleitung den Aufbau sehr kompliziert, was zu einem Kostenanstieg der Anordnung führt.

Den Erfindern ist es nach eingehenden Studien gelungen, die vorausgehend aufgeführten Schwierigkeiten zu beseitigen, indem in erfinderischer Weise die Verwendung eines elektrischen Feldes ausgenützt wird, das über Elektroden von verhältnismäßig einfacher Bauart und Anordnung zugeführt wird, um den Kontakt der Teilchen mit der Innenwandfläche der Rohrleitung zu lösen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum kontaktlosen Rohrleitungstransport von feinen Teilchen bei geringen Kosten zu schaffen, indem die Teilchen an einer Anlage an den Innenwandflächen der Rohrleitung gehindert werden, wobei diese Anlage eine der größten Behinderungen für den Rohrleitungstransport darstellt.

Diese Aufgabe wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Transport feiner Teilchen durch eine Rohrleitung ohne Kontakt mit den Innenwandflächen der Rohrleitung dadurch gelöst, daß eine Folge wiederholt wird, die eine erste Stufe umfaßt, in welcher vorausgehend geladene feine Teilchen mittels einer gasförmigen Fluidströmung durch ein elektrostatisches Feld gefördert werden, das in der Rohrleitung durch eine Elektrode erzeugt wird, die die gleiche Polarität wie die Teilchen aufweist, sowie eine zweite Stufe, in welcher die Stromlinien der gasförmigen Fluidströmung mittels einer Düse zusammengedrückt werden, und eine dritte Stufe, in der die Teilchen durch die gasförmige Fluidströmung nahe an der Mittelachse der Rohrleitung mit einer Lineargeschwindigkeit, die durch das Zusammendrücken der Stromlinien und die Ausbildung von Blasenwirbeln hinter der Düse erhöht ist, durch ein benachbartes elektrostatisches Feld gefördert werden, das in der Rohrleitung mittels einer Erdelektrode wirksam ist, die eine den Teilchen entgegengesetzte Polarität aufweist.

Die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Transport feiner Teilchen durch eine Rohrleitung ohne Kontakt mit den Innenwandflächen der Rohrleitung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung eine Anzahl von Einheiten aufweist, die aufeinanderfolgend in Reihe angeordnet sind und wovon jede eine zylindrische Elektrode aufweist, sowie eine Düse, die sich am stromabwärtigen Ende der Elektrode anschließt und eine zylindrische Erdungselektrode, die sich über einen Isolator an die Düse anschließt und die mit einer Vorrichtung zur Zufuhr einer Gleichspannung zwischen den beiden Elektroden ausgestattet ist.

Die Erfindung wird anschließend anhand der Zeichnungen erläutert; es zeigt

Fig. 1 eine untere Hälfte eines Längsschnittes durch eine Einheit, die aus Rohrleitungen gebildet wird, die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden und die schematisch die Äquipotentiallinien in den elektrischen Feldern darstellen, die in der Rohrleitung erzeugt werden,

Fig. 2 ebenfalls eine untere Hälfte eines Längsschnittes entsprechend Fig. 1, die Vektoren darstellt, die auf geladene Teilchen einwirken, die die gleiche Polarität wie die Elektrode aufweisen,

Fig. 3 Strömungslinien einer gasförmigen Fluidströmung im Strömungsfeld der Rohrleitung,

Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel von Strömungslinien die bezüglich von in elektrostatischen Feldern strömenden Standardteilchen berechnet wurden,

Fig. 5 Strömungslinien von Standardteilchen, wenn keine Gleichspannung an den Elektroden liegt, und

Fig. 6 Strömungslinien von Standardteilchen bei Vorliegen einer Gleichspannung an den Elektroden.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.

Die beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Rohrleitung hat eine Rohrleitungswand, die aus in Längsrichtung fortlaufend miteinander verbundenen Einheiten besteht, von denen jede eine zylindrische Elektrode (1), eine zylindrische Erdungselektrode (2) und eine zwischen diesen beiden Elektroden gemäß Fig. 1 liegende ringförmige Isolierscheibe (3) aufweist. Bei dieser Ausführungsform ist das stromabwärtige Ende der zylindrischen Elektrode (1) verjüngt, um eine Düse (4) zu bilden. Die Düse kann getrennt gebildet und anschließend mit dem stromabwärtigen Ende der zylindrischen Elektrode verbunden werden. Diese vorausgehend aufgeführten Einheiten können selbst eine Rohrleitung bilden oder können längs der Innenwandflächen einer Rohrleitung, wie beispielsweise einer nicht-metallischen Rohrleitung, angeordnet und mit einer Vorrichtung zur Zufuhr einer Gleichspannung zwischen der Elektrode (1) und der Erdungselektrode (2) versehen werden, damit in der Rohrleitung ein elektrostatisches Feld erzeugt wird. Entsprechend sind in der beim erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Rohrleitung eine Anzahl der vorausgehend beschriebenen Einheiten fortlaufend in Längsrichtung angeordnet, und eine Erläuterung bezüglich einer einzelnen Einheit wird anhand eines Ausführungsbeispiels des Teilchenströmungsverhaltens im Einklang mit dem elektrischen Feld und dem in der Einheit gebündelten Strömungsfeldes gegeben.

In Fig. 1 sind Äquipotentiallinien dargestellt, die von der Laplace-Gleichung erhalten werden, der die elektrischen Potentiale genügen, die bei Anwendung einer Gleichspannung zwischen den vorausgehend beschriebenen beiden Elektroden zugeführt werden. Fig. 2 zeigt die Kraftvektoren, die jeweils auf die geladenen Teilchen einwirken, die die gleiche Polarität wie die Elektrode (1) besitzen. Wie aus der Richtung der in Fig. 2 dargestellten Vektoren ersichtlich ist, sind notwendigerweise sowohl eine Abstoßungskraft und eine Anziehungskraft in der elektrischen Kraft wirksam, die zwischen den Innenwänden der Rohrleitung und den geladenen Teilchen auftritt, und die erstere dient dazu, die geladenen Teilchen gegen die Mittelachse der Rohrleitung zu stoßen, während letztere dazu dient, die geladenen Teilchen gegen die Umfangswand der Rohrleitung zu ziehen.

Andererseits werden, wenn das gasförmige Fluid in den Figuren von links nach rechts fließt, große Bläschenwirbel hinter der Düse gebildet. Fig. 3 zeigt die Stromlinien der Fluidströmung, die sich in einem solchen Falle aus der Navier-Stoke-Gleichung ergibt. Die gasförmige Fluidströmung trägt feine Teilchen, die vorausgehend mit der gleichen Polarität geladen wurden, wie sie die Elektrode (1) aufweist, durch ein Strömungsfeld gemäß Fig. 3, und zwar unter Einwirkung eines in Fig. 1 dargestellten elektrostatischen Feldes.

In der ersten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens treten die geladenen Teilchen durch die in Fig. 3 dargestellte Zone (A), d. h. die vor der Düse liegende Zone, wo in der Rohrleitung ein elektrostatisches Feld durch die Elektrode ausgeübt wird, die die gleiche Polarität wie die Teilchen aufweisen, und die geladenen Teilchen werden durch die Abstoßungskraft gegen die Mittelachse der Rohrleitung gestoßen und von der Innenwandfläche der Rohrleitung weggehalten, während die Teilchen sich in der Zone (A) bewegen.

In der zweiten Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens strömt das gasförmige Fluid mit erhöhter linearer Strömungsgeschwindigkeit durch die Düse, durch welche die Stromlinien der Strömung zusammengedrückt werden.

Anschließend gelangen die Teilchen in die dritte Stufe des erfindungsgemäßen Verfahrens. In dieser Stufe bewegen sich die Teilchen durch die Zone (B), d. h. die Zone hinter der Düse, wo die Anziehungskraft die geladenen Teilchen gegen die Rohrwand zieht, wobei jedoch, da die Stromlinien der Fluidströmung durch die Düse zusammengedrückt wurden und ferner ein wesentlicher Querschnittsbereich des Strömungskanals durch die hinter der Düse gebildeten Blasen verringert ist, die Lineargeschwindigkeit der die Teilchen führenden gasförmigen Fluidströmung so stark erhöht wird, daß die geladenen Teilchen keine Zeit finden, um gegen die Umfangswand angezogen zu werden und schnell in die Zone (A) der folgenden Einheit gelangen, wo die Teilchen erneut die Abstoßungskraft aufnehmen. In der Zone (B), in welcher die geladenen Teilchen die Anziehungskraft gegen die Wand der Rohrleitung aufnehmen, schwächt die hohe Bewegungsgeschwindigkeit der geladenen Teilchen die Funktion und Wirkung der Anziehungkraft ab.

Im allgemeinen hat eine Masse feiner Teilchen die Neigung, sich frei zu verteilen, dank einer molekularen Verteilungswirkung, wobei, falls die Teilchen alle mit der gleichen Polarität geladen sind, sie sich dank einer gegenseitigen Abstoßungskraft verteilen, was als elektrostatische Verteilung bezeichnet wird. Entsprechend wird es beim vorliegenden Strömungsfeld bevorzugt, daß das elektrostatische Feld sowohl mit einer ausreichenden elektrischen Feldstärke als auch einer ausreichenden elektrischen Ladungsgröße ausgestattet ist, um die molekulare Verteilung und die elektrostatische Verteilung zu überwinden.

Sind sowohl die Elektrode als auch die Teilchen bei dem vorausgehend beschriebenen Strömungsfeld mit gleicher Polarität geladen, so wird ein diesbezügliches Ausführungsbeispiel einer numerischen Berechnung hinsichtlich des Bewegungsortes der Teilchen, d. h. der Stromlinien, durch Fig. 4 angegeben. In diesem Ausführungsbeispiel bestehen die Teilchen aus Talk, das üblicherweise als handelsübliches Pulver eingesetzt wird. Parameter der Teilchen und Transportbedingungen sind wie folgt:

Teilchendurchmesser: 2 µm
Teilchendichte: 3130 kg/m³
relative Dielektrizitätskonstante des Teilchens: 12,5
Rohrinnendurchmesser: 5 mm
Reynold'sche Zahl (UD/v): 100

wobei U die Profildurchschnittsrate und v die kinetische Viskosität ist.

Die an der Elektrode liegende Spannung beträgt 2000 Volt.

Ferner sei angenommen, daß die Teilchen durch Zusammenstoß mit Ionen geladen sind und daß die Ladungsgröße den Sättigungswert erreicht hat.

Bei den gleichen Bedingungen, wie sie vorausgehend aufgeführt wurden, außer, daß ein elektrostatisches Feld nicht vorliegt, wird ein numerisches Berechnungsbeispiel hinsichtlich eines Bewegungsortes der feinen Teilchen in Fig. 5 dargestellt. Bei diesem Beispiel bewegen sich die Teilchen, da das gasförmige Fluid als laminare Strömung angenommen wird, und eine gegenseitige Verteilungswirkung zwischen den Teilchen vernachlässigt wird, näherungsweise längs Strömungslinien, d. h. die Strömungslinien der Teilchen sind nahezu im Einklang mit den Strömungslinien der Fluidströmung, wenn das elektrostatische Feld nicht anliegt. Daher ist ersichtlich, obgleich nur ein geringer Unterschied zwischen den Fig. 4 und 5 vorhanden ist, daß gemäß Fig. 4 im Durchschnitt mehr Teilchen gegen die Mittelachse der Rohrleitung gestoßen werden. Ein derartiger Unterschied ist klarer ersichtlich, falls die Strömungslinie der gasförmigen Fluidströmung nahe am Rohrende gestört wird.

Liegt das elektrostatische Feld nicht an, so ist keine Kraft vorhanden, um eine Verteilung der Teilchen zu verhindern, während bei Anlage des elektrostatischen Feldes die Kraft gebildet wird, um die Teilchen zurückzustoßen, die gegen die Umfangswand der Rohrleitung gezogen werden. In Fig. 6 sind berechnete Strömungslinien geladener Teilchen dargestellt, die rasch gegen die Mittelachse zurückgestoßen werden, selbst nachdem sie einmal gegen die Umfangswand der Rohrleitung hin angezogen worden sind.

Wie aus obiger Erläuterung hervorgeht, können erfindungsgemäß ein Verfahren und eine Vorrichtung für einen kontaktlosen Rohrleitungstransport zur Verfügung gestellt werden, um einen wirksamen Transport feiner Teilchen mit gutem Wirkungsgrad und geringen Kosten zu erhalten, indem in erfinderischer Weise eine Funktion eines eingesetzten elektrostatischen Feldes mit einer Funktion eines durch eine Düse gebildeten Strömungsfeldes kombiniert wird, wobei eine sehr einfache Elektrodenanordnung erhalten wird, verglichen mit den bekannten kontaktlosen Rohrleitungstransportverfahren zum Transport feiner Teilchen mit Hilfe eines angewandten, nicht gleichmäßigen elektrischen Wechselfeldes.

Somit kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren der Rohrleitungstransport feiner Teilchen, wie er beispielsweise bei den Herstellungsverfahren von feinen Keramiken, Arzneimitteln, verschiedenen pulverförmigen Füllstoffen und dergleichen benötigt wird, wirksam bei geringen Kosten und im wesentlichen im kontaktfreien Zustand mit der Rohrleitung durchgeführt werden.

Claims (6)

1. Verfahren zum Transport feiner Teilchen durch eine Rohrleitung ohne Kontakt mit den Innenwandflächen der Rohrleitung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Folge wiederholt wird, die eine erste Stufe umfaßt, in welcher vorausgehend geladene feine Teilchen mittels einer gasförmigen Fluidströmung durch ein elektrostatisches Feld gefördert werden, das in der Rohrleitung durch eine Elektrode erzeugt wird, die die gleiche Polarität wie die Teilchen aufweist, sowie eine zweite Stufe, in welcher die Stromlinien der gasförmigen Fluidströmung mittels einer Düse zusammengedrückt werden, und eine dritte Stufe, in der die Teilchen durch die gasförmige Fluidströmung nahe an der Mittelachse der Rohrleitung mit einer Lineargeschwindigkeit, die durch das Zusammendrücken der Stromlinien und die Ausbildung von Blasenwirbeln hinter der Düse erhöht ist, durch ein benachbartes elektrostatisches Feld gefördert werden, das in der Rohrleitung mittels einer Erdungselektrode wirksam ist, die eine den Teilchen entgegengesetzte Polarität aufweist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrostatischen Felder mit einer ausreichend großen elektrischen Feldstärke vorgesehen sind, um eine molekulare Verteilung und eine elektrostatische Verteilung der Teilchen zu überwinden, damit die Teilchen gegen die Mittelachse der Rohrleitung gezogen werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lineargeschwindigkeit groß genug ist, damit die Teilchen keine Zeit haben, gegen die Umfangswand der Rohrleitung gezogen zu werden.

4. Vorrichtung zur Transport feiner Teilchen durch eine Rohrleitung ohne Kontakt mit den Innenwandflächen der Rohrleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohrleitung eine Anzahl von Einheiten aufweist, die aufeinanderfolgend in Reihe angeordnet sind und wovon jede eine zylindrische Elektrode (1) aufweist, sowie eine Düse (4), die sich am stromabwärtigen Ende der Elektrode anschließt und eine zylindrische Erdungselektrode (2), die sich über einen Isolator (3) an die Düse anschließt und die mit einer Vorrichtung zur Zufuhr einer Gleichspannung zwischen den beiden Elektroden ausgestattet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten per se die Rohrleitungen bilden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einheiten längs der Innenwandflächen der Rohrleitung angeordnet sind.