DE102006019642A1

DE102006019642A1 - Vorrichtung zur Konzentrierung von Lösungen

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Publication number: DE102006019642A1
Application number: DE102006019642A
Authority: DE
Inventors: Norbert Dipl.-Ing. Franz
Original assignee: MARTIN CHRIST GEFRIERTROCKNUNGSANLAGEN GmbH
Current assignee: MARTIN CHRIST GEFRIERTROCKNUNGSANLAGEN GmbH
Priority date: 2005-04-28
Filing date: 2006-04-25
Publication date: 2006-11-02

Abstract

Eine zur Konzentrierung von Lösungen durch Verdampfen zumindest einer Komponente unter Vakuum sowie unter Beheizung bestimmte Vorrichtung ist mit einem innerhalb einer abgeschirmt ausgebildeten Rotorkammer (1) um eine Achse (5) drehbaren, im peripheren Bereich zur Aufnahme einer Vielzahl von die zu behandelnde Lösung (14) enthaltenden Gefäßen (13) eingerichteten Rotor (6) ausgerüstet, wobei zumindest die Gefäße (13) mit wenigstens solchen Sensoren (16) zur Erfassung von Messwerten der Lösung (14), z. B. der Temperatur während des Konzentrationsprozesses, versehen sind, die zur nicht leitungsgebundenen Datenübertragung auf eine sich innerhalb der Rotorkammer (1) befindliche Antenne (22) einer außerhalb der Rotorkammer angeordneten Steuerungseinrichtung (21) eingerichtet sind. Es wird ein genauer Verlauf des erfassten Messwertes der zu behandelnden Lösung während des gesamten Prozesses ermittelt, und zwar unter Übertragung, ausgehend von einem bewegten Rotor, auf eine ortsfest außerhalb der Rotorkammer (1) befindliche Stelle, somit unter Vermeidung der mit einer ansonsten erforderlichen Verkabelung einhergehenden konstruktiven, hygienischen und arbeitsmäßigen Probleme.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Derartige Vorrichtungen sind beispielsweise in der Form der sogenannten Rotations-Vakuumkonzentratoren bekannt und dienen dazu, Lösungen dadurch zu konzentrieren, dass aus diesen ein Lösungsmittel unter Vakuum schonend verdampft wird. Der Trennprozess wird in einem Zentrifugalkraftfeld durchgeführt, welches dazu dient, ein Überschäumen der Lösung infolge eines Siedeverzugs zu vermeiden. Hierzu ist innerhalb einer Rotorkammer ein Rotor vorgesehen, der im peripheren Bereich zur Aufnahme von die zu behandelnden Lösungen führenden Gefäße eingerichtet ist. Zur Beschleunigung des Trennverfahrens wird regelmäßig eine Beheizung der Lösung vorgenommen. Die Beheizung muss jedoch überwacht werden, da sich die Zusammensetzung der Lösung infolge der Verdampfung des Lösungsmittels während des Verfahrens ständig ändert und in jedem Fall eine Überhitzung vermieden werden muss. Dementsprechend ist eine kontinuierliche Überwachung der Temperatur der Lösung erforderlich.
Es ist bekannt, eine Temperaturüberwachung durch Messfühler durchzuführen, die innerhalb der Rotorkammer derartiger Vorrichtungen, insbesondere auch innerhalb der zu behandelnden Lösung angeordnet werden. Zur Übertragung der Messdaten dieser Temperaturfühler werden innerhalb der Rotorkammer Messleitungen verlegt, die zu einer Auswertungsschaltung führen, die in einzelnen Fällen im Rotor oder der Rotornabe angeordnet ist. Zur Herstellung einer leitungsgebundenen Verbindung zu den Messfühlern sind regelmäßig Steckverbinder vorgesehen.
Von Nachteil bei diesen bekannten Vorrichtungen ist, dass mit der Anzahl der eingesetzten Messfühler der Verkabelungsaufwand innerhalb der Rotorkammer steigt. Neben der hiermit einhergehenden Unübersichtlichkeit ergeben sich auch hygienische Probleme, insbesondere bedingt durch die schwierig zu reinigenden Steckverbinder. Drahtgebundene Sensoren führen auch zu einem unvermeidbaren Wärmeeinbringen an der Messstelle, insbesondere in die Lösung, wodurch Temperaturmessergebnisse nicht unbeträchtlich verfälscht werden können und dementsprechende Ausgleichmaßnahmen erforderlich machen.
Hinzu tritt, dass die zu behandelnde Lösung während der Behandlung einer schnellen Rotationsbewegung unterliegt, wobei zu dieser Rotationsbewegung z. B. bei Ausschwingrotoren noch weitere Bewegungen hinzutreten. Dies bringt eine beträchtliche Erschwernis bei der Übertragung von innerhalb der Lösung gewonnenen Temperaturmesswerten auf ortsfeste Teile der Vorrichtung, insbesondere in den Raum außerhalb der Rotorkammer mit sich.
Drahtlose Übertragungstechniken zwischen einem, einen Messfühler tragenden Sensor und einer von diesem entfernt gelegenen, zur Auswertung bzw. Verarbeitung der über den Sensor übermittelten Daten bestimmten Rechnereinheit, wobei sich der Sensor relativ zu der Rechnereinheit bewegt, sind beispielsweise bei der Papierherstellung in Verbindung mit der Temperaturüberwachung von in einem Trockner eingesetzten dampfbeheizten, um ihre Achse rotierenden Trockentrommeln aus der EP 0 908 555 A2 bekannt. Hierbei ist ein, die Temperatur des jeweiligen Trommelmantels berührend erfassender, in einer Bohrung eingesetzter Messfühler vorgesehen, der über eine Leitung mit einem, sich auf der äußeren Stirnseite des Trommelkörpers befindlichen Sender in Verbindung steht. Von diesem Sender werden die gewonnen Daten drahtlos zu einem in der Nähe der Trommelachse ortsfest angeordneten Übertrager übermittelt und gelangen anschließend über ein Leitungssystem zu der Rechnereinheit.
Weitere Anwendungsfälle einer drahtlosen Übertragungstechnik sind aus der DE 197 02 768 C2 , der DE 196 48 531 C1 sowie der DE 196 21 354 A1 bekannt, und zwar in Verbindung mit der Überwachung des Reifendruckes eines Fahrzeugs. Der hierbei eingesetzte, sich mit dem Reifen bewegende Drucksensor weist keine eigene Energieversorgung auf und es besteht im wesentlichen aus einem Schwingkreis, durch welchen eine von einer Sende- und Empfangseinheit über eine Antenne ausgestrahlte Speisefrequenz druckabhängig moduliert wird, so dass in der Sende- und Empfangseinheit aus dem empfangenen modulierten Signal ein Druckmesswert ermittelbar ist.
Die Betriebsbedingungen dieser bekannten Anwendungen drahtloser Übertragungstechniken unterscheiden sich in vielfältiger Weise von denjenigen eines Rotations-Vakuumkonzentrators, bei dem eine Vielzahl an Messstellen vorgesehen ist, die zum Teil auch nicht fest vorgegeben sind, sondern mit den Gefäßen in Verbindung stehen, die der Aufnahme der zu konzentrierenden Lösung dienen. Der Konzentrationsprozess findet unter Vakuum statt, wobei eine Erhaltung hygienischer Bedingungen von größter Bedeutung ist. Dies bedeutet, dass jegliche, Reinigungsarbeiten erschwerende oder behindernde Strukturen innerhalb des Konzentrators vermieden werden müssen. Um den Konzentrationsvorgang zu überwachen und dessen Ablauf zu protokollieren, muss das ermittelte Messergebnis zuverlässig und reproduzierbar sein. Dies bedeutet, dass bei zunehmendem Einsatz drahtloser Übertragungstechniken sichergestellt sein muss, dass das Messergebnis nicht durch Einkopplung von Fremdfeldern beeinträchtigt wird. Die Betriebsbedingungen eines Rotations-Vakuumkonzentrators lassen jedenfalls eine Übernahme dieser bekannten Techniken nicht zu.

Es ist vor diesem Hintergrund die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung der vorstehend genannten Art mit Hinblick auf eine Minderung des betrieblichen Aufwandes sowie auf eine Verbesserung der Kontrollmöglichkeiten des Konzentrierungsprozesses hin auszugestalten. Gelöst ist diese Aufgabe bei einer solchen Vorrichtung durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.

Erfindungswesentlich ist hiernach, dass innerhalb der Rotorkammer, die einen elektromagnetisch abgeschirmten Raum umgrenzt, von einer drahtlosen Übertragungstechnik Gebrauch gemacht wird. Äußere, die Messsicherheit beeinträchtigende Störeinflüsse werden auf diesem Wege ferngehalten.

Gleichzeitig ermöglicht diese Technik die Einrichtung einer Vielzahl an Messstellen innerhalb der Rotorkammer, so dass anhand der Gesamtheit der aus der Rotorkammer verfügbaren Daten eine zuverlässige Überwachung des Konzentrationsprozesses möglich ist. Die Steuerungseinrichtung befindet sich in jedem Fall außerhalb der Rotorkammer und kann somit nahezu beliebig platziert werden. In Verbindung mit klein bauenden Sensoren können differenzierte Messungen bei jedem der in den Rotor eingesetzten, zur Aufnahme der zu behandelnden Lösungen bestimmten Gefäße vorgenommen werden, und zwar ohne dass sich – wie bei dem vorstehend dargestellten Stand der Technik – ein übermäßiger Verkabelungsaufwand und ein mit diesem einhergehendes Kontaminationsrisiko ergeben. Unzulänglichkeiten und auch Fehlerquellen für die Messung, welche sich aus einer beschränkten Länge von Messleitungen ergeben, werden ebenso vermieden wie die Ungenauigkeiten, die sich aus dem unvermeidbaren Wärmeeintrag einer Vielzahl von Messleitungen ergeben. Wie eingangs bereits erwähnt, ist es zur Beschleunigung des Konzentrationsprozesses erforderlich, die zu behandelnde Lösung zu beheizen, wobei jedoch eine Überhitzung vermieden werden muss. Durch die genannten Sensoren wird somit eine sehr genaue Überwachung beispielsweise der Temperatur der Lösung ermöglicht, so dass eine in die zu behandelnde Lösung eingebrachte Heizleistung dem Fortschritt des Konzentrationsprozesses im Bedarfsfall angepasst werden kann.

Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 2 sind Funkstrecken zwischen den Antennen eines jeden Sensors und einer solchen Antenne, die innerhalb der Rotorkammer fest angeordnet ist und über eine Leitung, die durch eine vakuumdichte Wandungsdurchführung hindurchgeführt ist, mit der Steuerungseinrichtung in Verbindung steht. Außerhalb der Rotorkammer ist somit eine leitungsgebundene Datenübertragung gegeben.

Eine abgeschirmte Ausbildung der Rotorkammer einschließlich des Deckels kann entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 3 außer durch eine metallische Ausbildung auch durch eine elektrisch leitfähige Beschichtung erreicht werden.

Entsprechend den Merkmalen des Anspruches 4 kommen Sensoren ohne eigene Energieversorgung zum Einsatz. Das Wirkungsprinzip derartiger Sensoren beruht auf der Anregung eines sensoreigenen Schwingkreises und der Auswertung eines auf die Anregung hin gesendeten, einen Messwert kodierenden Antwortsignales.

Entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 5 werden u. a. Sensoren benutzt, die die Temperatur der zu behandelnden Lösung während des Konzentrationsverfahrens differenziert erfassen, so dass der hiernach zu kontrollierende Prozessablauf ausgewertet und zu Steuerungszwecken umgesetzt werden kann.

Gemäß den Merkmalen der Ansprüche 6 und 7 werden der Druck innerhalb der Rotorkammer und ferner die Temperatur des Rotors ebenfalls unter Verwendung solcher Sensoren kontinuierlich erfasst, welche innerhalb der Rotorkammer zu einer nicht leitungsgebundenen Datenübertragung auf eine mit einer äußeren Steuerungseinrichtung in Verbindung stehende Antenne eingerichtet sind. Insbesondere die Kleinheit der eingesetzten Sensoren ermöglicht es, diese an unterschiedlichen Stellen des Rotors einzusetzen, und zwar mit dem Ziel, örtliche Körper- und Oberflächentemperaturen zu erfassen, so dass ein genaues Bild hinsichtlich der aktuellen Temperaturverhältnisse des Rotors außerhalb der Rotorkammer erstellt werden kann. Druck und Temperatur bilden die entscheidenden Prozessparameter des Konzentrationsprozesses, welche somit außerhalb der Rotorkammer zur Verfügung stehen und zur Steuerung bzw. Überwachung sowohl des erforderlichen Vakuums als auch der einzubringenden Heizleistung umgesetzt werden können.

Die Merkmale der Ansprüche 8 und 9 sind auf weitere Einsatzfälle von zur Temperaturmessung bestimmten Sensoren gerichtet, über welche beispielsweise die Wandungstemperatur in der zur Aufnahme der Lösungen bestimmten Gefäße oder die Temperatur der unmittelbar den Gefäßen benachbarten Rotorteile erfasst werden. Die auf diesem Wege gewonnenen Informationen können zur weiteren Vervollständigung der Erfassung des Istzustands der Verhältnisse innerhalb der Rotorkammer, insbesondere der innerhalb dieser herrschenden, für die Behandlung der Lösung relevanten Zustandsgrößen benutzt werden.

Von wesentlicher Bedeutung ist in diesem Zusammenhang, dass innerhalb der Rotorkammer – von den genannten Sensoren abgesehen – keinerlei, zur Messwertumsetzung erforderliche Funktionselemente anzuordnen sind.

Von wesentlicher Bedeutung ist auch, dass aufgrund der zwischen den Sensoren und der innerhalb der Rotorkammer befindlichen Antenne der Steuerungseinrichtung eine problemlose Messwertübertragung ausgehend von sehr schnell bewegten Bauteilen innerhalb der Rotorkammer erfolgen kann. Dies ist bei Verwendung von Messleitungen nur eingeschränkt bzw. mit einem großen Aufwand möglich.

Die erfindungsgemäße drahtlose Messwertübertragungstechnik ist entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 10 bei beliebigen Arten von Rotoren benutzbar, insbesondere auch bei den sogenannten Ausschwingrotoren. Zu der Drehbewegung um die Achse des Rotors tritt bei diesen noch die Schwingbewegung der zur Aufnahme der Gefäße bestimmten Teile des Rotors hinzu. In sämtlichen dieser Fälle wird durch die erfindungsgemäß eingerichteten drahtlosen Übertragungsstrecken eine Messwertübertragung ausgehend von schnell bewegten Messpunkten auf einen externen Ort, hier beispielsweise eine Steuerungseinrichtung ermöglicht.

Die Beheizungseinrichtung der Vorrichtung ist entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 11 vorzugsweise als Infrarotheizung eingerichtet. Auf diese Weise wird dem Umstand Rechnung getragen, dass eine ausschließlich auf Wärmeleitung beruhende Heizung unter Vakuumbedingungen erheblichen Einschränkungen unterliegt.

Dadurch, dass entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 12 die eingesetzten Sensoren in einer Ummantelung bestehend aus inerten Materialien wie z. B. Edelstahl, Glas, Kunststoff oder Keramik angeordnet sind, lassen sich einwandfreie hygienische Behältnisse auch bei wiederholter Benutzung herstellen. Gleichzeitig wird durch diese Ummantelung ein hohes Maß an chemischer Beständigkeit bereitgestellt, ein Umstand, der aufgrund der unmittelbaren Kontaktierung mit der zu behandelnden Lösung von großer Bedeutung ist.

Erst die geringe Größe bzw. Masse der erfindungsgemäß eingesetzten Sensoren ermöglicht es, diese auf den, mit hohen Drehzahlen drehenden Rotoren zu nutzen, ohne dass sich Unwuchtprobleme ergeben.

Man erkennt anhand der vorstehenden Ausführungen, dass eine erfindungsgemäß ausgerüstete Vorrichtung gegenüber einem eingangs vorgestellten Stand der Technik durch verbesserte hygienische Verhältnisse, einen verminderten Aufwand bei dem Einsetzen der Sensoren innerhalb der Rotorkammer und darüber hinaus durch eine erhöhte und reproduzierbare Messgenauigkeit charakterisiert ist. Diese wiederum bildet die Grundlage für eine, dem jeweiligen Fortschritt des Konzentrationsprozesses und den Eigenschaften der zu behandelnden Stoffe genauestmöglich angepasste Verfahrensführung.

Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert werden. Es zeigen:

1 eine Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Rotations-Vakuumkonzentrators in einem Vertikalschnitt;

2 eine Prinzipdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Rotations-Vakuumkonzentrators in einem Vertikalschnitt;

3 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Sensors;

4 eine Prinzipdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines Rotations-Vakuumkonzentrators in einem Vertikalschnitt;

5 eine Prinzipdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines Rotations-Vakuumkonzentrators in einem Vertikalschnitt;

6 eine Prinzipdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels eines Rotations-Vakuumkonzentrators in einem Vertikalschnitt.

Mit 1 ist in 1 die Rotorkammer eines ersten Ausführungsbeispiels eines Vakuumkonzentrators bezeichnet, die oberseitig durch einen Deckel 2 unter Mitwirkung einer umlaufenden Dichtung 3 dichtend verschließbar ist.

Innerhalb der Rotorkammer 1, und zwar auf einer Welle 4 um eine vertikale Achse 5 drehbar angeordnet befindet sich ein Rotor 6, hier ein sogenannter Festwinkel-Scheibenrotor, der mittels eines, sich außerhalb der Rotorkammer 1 befindlichen, zeichnerisch nicht dargestellten Antriebs um die Achse 5 antreibbar ist.

Die Welle 4 trägt innerhalb der Rotorkammer 1 eine Nabe 7, auf der – in Achsrichtung voneinander beabstandet – drei Rotorscheiben 8, 8', 8'' fest angeordnet sind. Sie stehen vorzugsweise im peripheren Bereich über mehrere, sich parallel zu der Achse 5 erstreckende Stützstangen 9 untereinander in Verbindung.

Die Rotorscheiben 8', 8'' sind mit einer Reihe von Ausnehmungen 10, 11 versehen, die – radial einwärts gesehen – in dem konkreten Ausführungsbeispiel jeweils paarweise und mit der Maßgabe angeordnet sind, dass in diesen Ausnehmungen 10, 11 jeweils zwei, oberseitig offene zylindrische Aufnahmehülsen 12 einsetzbar sind, deren jeweilige Achsen parallel zueinander verlaufen und sich unter einem Winkel zu der Achse 5 in Richtung auf den Deckel 2 hin erstrecken. Die unteren Enden der Aufnahmehülsen 12 sind auf der untersten Rotorscheibe 8 abgestützt und es sind eine Mehrzahl derartiger, jeweils paarweise angeordneter Aufnahmehülsen 12 entlang der Rotorscheiben in gleichförmiger Umfangsverteilung vorgesehen. Die Aufnahmehülsen 12 sind in den genannten Ausnehmungen in geeigneter Weise festgelegt.

Die Aufnahmehülsen 12 sind jeweils zur Aufnahme zylindrischer Gefäße 13 eingerichtet, in denen sich die zu konzentrierende Lösung 14 befindet. Diese bildet während der Drehung des Rotors 6 eine radial einwärts in Richtung auf die Achse 5 hin gerichtete freie Oberfläche 15. Ein Wesensmerkmal des gezeigten Rotors 6 besteht somit darin, dass die Gefäße 13 während der Behandlung unter einem festen Winkel zu der Achse 5 gehalten sind.

Eine Vorsehung von Aufnahmehülsen 12, in denen die Gefäße 13 gehalten werden, ist lediglich beispielhaft zu verstehen und es können die Gefäße 13 gleichermaßen auch unmittelbar in Ausnehmungen der Rotorscheiben eingesetzt werden.

Erfindungsgemäß ist der Innenraum der Rotorkammer 1 mit einer Anzahl von Sensoren ausgerüstet, welche der Übertragung von Prozessparametern, insbesondere von Temperaturmesswerten dienen. Hierbei handelt es sich im Einzelnen um Sensoren 16, welche an diversen Stellen innerhalb der Gefäße 13 unmittelbar zur Erfassung der Temperatur der flüssigen oder auch gasförmigen Lösungen bestimmt sind. Weitere Sensoren 17 erfassen die äußere Oberflächentemperatur der Aufnahmehülsen 12. Der Sensor 18 ist zur Erfassung der öffnungsseitigen Wandungstemperatur des Gefäßes 13 bestimmt, wohingegen die Sensoren 19 zur Erfassung von Temperaturen der Rotorscheiben 8'', der Nabe 7 sowie der Welle 4 bestimmt sind. Über den Sensor 20 können weitere Prozessparameter der Rotorkammer gemessen werden, z.B. der Innendruck.

In jedem Fall kommen vorzugsweise vergleichsweise klein bauende Sensoren 16 bis 20 zum Einsatz, und zwar an innerhalb der Rotorkammer 1 ruhenden, jedoch gleichermaßen auch bewegten Teilen wie dem Rotor 6, die zur nicht leitungsgebundenen Datenübertragung auf eine, sich außerhalb der Rotorkammer 1 befindliche, zeichnerisch nicht näher dargestellte Steuerungseinrichtung 21 eingerichtet sind.

Eine Prinzipdarstellung der Sensoren wird im Folgenden noch gegeben werden.

Mit 22 ist eine Antenne bezeichnet, die innerhalb der Rotorkammer 1 fest angeordnet ist und die über eine, durch eine vakuumdichte, in der Seitenwandung der Rotorkammer angeordnete Durchführung 23 verlaufende Leitung 24 mit der Steuerungseinrichtung 21 in Verbindung steht.

Die Steuerungseinrichtung 21 ist über die Antenne 22 zur Kommunikation mit einem jeden der zitierten Sensoren 16 bis 20 eingerichtet ist. Der von einem jeden der Sensoren übertragene Datensatz umfasst außer dem zugrunde liegenden Messwert des Prozessparameters weitere Informationen zur Identifikation des einzelnen Sensors, dessen Lage innerhalb der Rotorkammer 1 und gegebenenfalls Kalibrierdaten. Beginn und Ablaufende des Konzentrationsprozesses sind somit anhand der in der Steuerungseinrichtung 21 verfügbaren Informationen genauestens nachvollziehbar und dokumentierbar.

3 zeigt beispielhaft eine Ausführungsform eines Sensors 16 bis 20, hier eines Temperatursensors. Dieser besteht hiernach aus einer Hülse 25, die beispielsweise aus Metall, jedoch auch aus Glas, Keramik usw. bestehen kann, aus deren einem Ende 26 ein Messfühler 27 herausragt. Der Messfühler 27 steht innerhalb der Hülse 25 mit einer, in eine Vergussmasse 28 eingebundenen Platine 29 in Verbindung. Aus dem anderen Ende 30 der Hülse 25 ragt eine Antenne 31 heraus, die ebenfalls mit der Platine 29 in Verbindung steht.

Der Sensor 16 bis 20 weist vorzugsweise keine eigene Energieversorgung auf und es ist der Sensor im betrieblichen Einsatz mit der Maßgabe innerhalb der Rotorkammer 1 angeordnet, dass der Messfühler 27 mit dem jeweiligen Messobjekt, dessen Temperatur zu erfassen ist, unmittelbar in Berührung steht.

Jeder Sensor 16 bis 20 steht über seine Antenne 31 innerhalb der Rotorkammer 1 in Funkverbindung mit der fest angeordneten Antenne 22 und über die mit dieser in Verbindung stehende Leitung 24 und die Durchführung 23 mit der sich außerhalb der Rotorkammer 1 befindlichen Steuerungseinrichtung 21 in Verbindung.

Zeichnerisch nicht dargestellt ist eine Beheizungseinrichtung, die an der Rotorkammer 1, z. B. an dem Deckel 2 oder an sonstigen Wandungsabschnitten befestigt ist. Regelmäßig und vorzugsweise handelt es sich hierbei um eine Infrarotheizung, über welche die zu behandelnde Lösung während des Konzentrationsprozesses beheizt wird.

Zeichnerisch ebenfalls nicht dargestellt ist eine Vakuumquelle, mittels welcher innerhalb der Rotorkammer 1 ein an die Eigenschaften der zu behandelnden Lösung angepasstes Vakuum einstellbar ist.

Die Rotorkammer 1 einschließlich des Deckels 2 bestehen aus Metall, so dass deren Innenraum 32 gegenüber einem Außenraum 33 elektromagnetisch abgeschirmt ist, so dass der Raum, innerhalb welchem Funkstrecken eingerichtet sind, gegenüber äußeren Störfeldern geschützt ist.

Das in 2 gezeigte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von demjenigen der 1 lediglich darin, dass eine Antenne 22'' innerhalb der Rotorkammer 1 an der Unterseite des Deckels 2 fest angeordnet ist, so dass dementsprechend eine vakuumdichte Durchführung 23'' in dem Deckel 2 vorgesehen ist. In jedem Fall steht die Antenne 22'' über eine Leitung 24 mit der Steuerungseinrichtung 21 in Verbindung, so dass wiederum Funkstrecken lediglich in dem Innenraum 32 der Rotorkammer 1 eingerichtet sind.

In den Ausführungsbeispielen der 4 bis 6 sind Funktionselemente, die mit denjenigen der 1 übereinstimmen, entsprechend beziffert, so dass auf eine diesbezügliche wiederholte Beschreibung verzichtet werden kann. Aus Gründen der zeichnerischen Einfachheit ist auf eine Darstellung der Antennen 22, 22'' einschließlich Durchführungen 23, 23'' verzichtet worden.

Die 4 zeigt ein hinsichtlich der Art des Rotors modifiziertes Ausführungsbeispiel eines Rotations-Vakuumkonzentrators. Auf einem nach Art eines Ausschwingrotors konzipierten Rotor 6' befinden sich – axial beabstandet – zwei untereinander gleich beschaffene, von einer Nabe 7'' getragene Rotorkreuze 34, die mit dem Rotor 6'' in fester Verbindung stehen und die – in der Draufsicht gesehen – eine global kreuzförmige Gestaltung aufweisen. An den freien Enden dieser Rotorkreuze 34 befinden sich – jeweils um Achsen senkrecht zu der Achse 5 der Welle 4 frei schwenkbar angeordnete Becher 35, die jeweils Halterungen für Aufnahmeblöcke 36 bilden, wobei jeder Aufnahmeblock 36 wiederum zylindrische Aufnahmebohrungen zur Aufnahme von Gefäßen 13 aufweist, in denen die zur Konzentrierung bestimmte Lösung aufgenommen ist.

Das gezeigte Ausführungsbeispiel ist durch zwei Rotorkreuze 34 gekennzeichnet – es können jedoch auch mehr als zwei oder auch ein Rotorkreuz vorgesehen sein.

4 zeigt den Betriebszustand des Rotors 6'', bei welchem die Becher 35 ausgeschwenkt sind und sich die freien Oberflächen 15 der in den Gefäßen 13 befindlichen Lösungen 14 radial in Richtung auf die Achse 5 hin ausgerichtet haben.

Erfindungsgemäß ist die Rotorkammer 1 wiederum mit einer Reihe von Sensoren ausgerüstet, nämlich Sensoren 19 zur Erfassung der Temperatur des Rotors 6' bzw. der Nabe 7 sowie der Welle 4, Sensoren 18 zur Erfassung der Temperatur der äußeren Oberfläche der Gefäße 13, Sensoren 16 zur unmittelbaren Erfassung der Temperatur der flüssigen oder auch gasförmigen Lösung 14 innerhalb der Gefäße 13 und Sensoren 37 zur Erfassung von Temperaturen sowohl der Becher 35 als auch der Aufnahmeblöcke 36, und zwar jeweils an charakteristischen Stellen. Mit 20 ist wiederum ein zur Druckmessung innerhalb der Rotorkammer 1 bestimmter Sensor bezeichnet.

Bei dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel eines Rotations-Vakuumkonzentrators ist ein Rotor 6'' nach Art eines Festwinkelmassivrotors gezeigt, bei welchem auf einer, durch eine Nabe 7'' getragenen Rotorscheibe 40, die drehfest mit einer Nabe 7'' in Verbindung steht, im peripheren Bereich eine Vielzahl zylindrischer Ausnehmungen 38, 39 vorgesehen sind, deren, dem Deckel 2 zugekehrte Ende offen ausgebildet sind und deren Achsen sich unter einem Winkel in Richtung auf die Achse 5 des Rotors 6'' hin erstrecken, und zwar in Richtung auf die Oberseite der Rotorkammer 1 hin, auf der sich der Deckel 2 befindet. Die Ausnehmungen 38, 39 sind im peripheren Bereich in gleichförmiger Umfangsverteilung bezüglich der Achse 5 vorgesehen, und zwar in der Form beispielsweise zweier zueinander konzentrischer Anordnungen. Lediglich beispielhaft sind die Ausnehmungen 38 der radial inneren Anordnung kleiner als die Ausnehmungen 39 der radial äußeren Anordnung ausgebildet. Es können jedoch gleichermaßen auch Ausnehmungen 38, 39 gleicher Größe vorgesehen werden. In diesen Ausnehmungen 38, 39 sind wiederum Gefäße 13 aufgenommen, in denen sich die zu konzentrierende Lösung 14 befindet.

In gleicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 sind wieder eine Reihe von Sensoren 16, 18, 19, 20 vorgesehen, die zur Erfassung von Prozessparametern des Konzentrationsprozesses und zur nicht leitungsgebundenen Datenübertragung auf eine sich innerhalb der Rotorkammer 1 befindliche Antenne eingerichtet sind, die über eine Leitung 24 mit der sich außerhalb der Kammer befindlichen Steuerungseinrichtung 21 in Verbindung steht.

Bei dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Vakuumkonzentrators ist ein Rotor 6''' nach eines Ausschwingrotors mit Bechern vorgesehen, der sich von demjenigen gemäß 4 im Wesentlichen darin unterscheidet, dass die zur Aufnahme der zu behandelnden Lösung 14 bestimmten Gefäße 13 nunmehr unmittelbar in Aufnahmen eines Bechers 41 gehalten sind, der seinerseits – um eine sich senkrecht zu der Achse 5 erstreckende Achse frei schwenkbar an den freien Enden eines, auf einer Nabe 7''' getragenen Rotorkreuzes 42 gehalten ist.

Die Anordnung, Verteilung und Zweckbestimmung der gezeigten Sensoren 16, 18, 19, 20, 25 entspricht wiederum derjenigen gemäß 4 und ist darauf gerichtet, charakteristische, für die Beurteilung des Konzentrationsprozesses relevante Temperaturen zu überwachen, wobei es sich um die Temperaturen der Nabe 7''', des Rotorkreuzes 42, des Bechers 41 sowie der zu behandelnden Lösung 14 innerhalb der Gefäße 13, zweckmäßigerweise an mehreren Stellen handelt.

Diese, Temperaturen betreffenden Informationen, zu denen solche betreffend den Druck, gegebenenfalls auch die relative Feuchte hinzutreten sowie Informationen betreffend das Zentrifugalkraftfeldfeld, insbesondere die Drehzahl des Rotors werden der Steuerungseinrichtung 21 zugeleitet und dort zur Steuerung, Überwachung und Protokollierung des Ablaufs des Konzentrationsprozesses benutzt.

Die Verwendung einer nicht leitungsgebundenen Übertragungstechnik innerhalb der Rotorkammer 1, somit in einem abgeschirmten Raum ermöglicht es, die mit dieser Technik verbundenen Vorteile zu nutzen, wobei extrem klein bauenden Sensoren benutzt werden, die keine eigene Energieversorgung benötigen. Dies eröffnet im Vergleich zu dem eingangs vorgestellten Stand der Technik eine erheblich differenziertere Überwachung des Konzentrationsprozesses, insbesondere auch ausgehend von mit hohen Drehzahlen rotierenden Bauteilen wie den hier gezeigten Rotoren 6, 6', 6'', 6'''.

Claims

Vorrichtung zur Konzentrierung von Lösungen (14) durch Verdampfen zumindest einer Komponente der Lösung unter Vakuum in einem Zentrifugalkraftfeld, bestehend aus einem, innerhalb einer Rotorkammer (1) um eine Achse (5) drehbar antreibbaren Rotor (6, 6', 6'', 6'''), der im peripheren Bereich zur Aufnahme von die zu behandelnde Lösung (14) führenden Gefäßen (13) eingerichtet ist, mit einer Heizungseinrichtung, die zur Beheizung der Lösung während der Verdampfung bestimmt ist, und mit einer, außerhalb der Rotorkammer (1) angeordneten, u. a. zur Auswertung von Prozessparametern bestimmten Steuerungseinrichtung (21), dadurch gekennzeichnet dass ein Innenraum (32) der Rotorkammer (1) gegenüber einem Außenraum (33) elektromagnetisch weitestgehend abgeschirmt ausgebildet ist, und dass die Steuerungseinrichtung (21) innerhalb der Rotorkammer (1) mit zur Erfassung von Prozessparametern bestimmten, sich innerhalb der Rotorkammer (1) befindlichen Sensoren (16, 17, 18, 19, 20, 37) in einem nicht leitungsgebundenen Datenaustausch steht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sensor (16, 17, 18, 19, 20, 37) mit einer Antenne (31) versehen ist, so dass mittels der Antennen (31) sämtlicher Sensoren Funkstrecken zu einer innerhalb der Rotorkammer (1) angeordneten, über eine Wandungsdurchführung (23, 23') leitungsgebunden mit der Steuerungseinrichtung (21) in Verbindung stehenden Antenne (22, 22') eingerichtet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rotorkammer (1) einschließlich eines Deckels (2) metallisch ausgebildet ist oder eine, zumindest eine Abschirmwirkung ausübende Beschichtung trägt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (16, 17, 18, 19, 20, 37) keine eigene Energiequelle aufweisen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch wenigstens einen, zur Messung der Temperatur der zu behandelnden Lösung bestimmten Sensor (16), der über die Antenne (22, 22') zur nicht leitungsgebundenen Datenübertragung zu der Steuerungseinrichtung (21) eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch zumindest einen, sich innerhalb der Rotorkammer (1) befindlichen, zur Messung des Druckes bestimmten Sensor (20), der über die Antenne (22, 22') zur nicht leitungsgebundenen Datenübertragung zu der Steuerungseinrichtung (21) eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch zumindest einen, zur Messung der Temperatur des Rotors (6, 6', 6'', 6''') bestimmten Sensor (19), der über die Antenne (22, 22') zur nicht leitungsgebundenen Datenübertragung zu der Steuerungseinrichtung (21) eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch zumindest einen, zur Messung der Außenwandungstemperatur der Gefäße (13) bestimmten Sensor (18), der über die Antenne (22, 22') zur nicht leitungsgebundenen Datenübertragung zu der Steuerungseinrichtung (21) eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch zumindest einen, zur Messung der Temperatur einer zur Aufnahme eines Gefäßes (13) bestimmten Aufnahmehülse 12) eines Bechers (35, 41) oder eines Aufnahmeblockes (36) bestimmten Sensor (17, 37), der über die Antenne (22, 22') zur nicht leitungsgebundenen Datenübertragung zu der Steuerungseinrichtung (21) eingerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoren (16, 17, 18, 19, 37) bei beliebigen Rotoren, insbesondere bei Festwinkel- (6, 6'') und Ausschwingrotoren (6', 6''') verwendet werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beheizungseinrichtung vorzugsweise und in an sich bekannter Weise als Infrarotheizung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine Verwendung einer aus inerten Materialien, z. B. Edelstahl, Glas, Kunststoff oder Keramik bestehenden Ummantelung für die Sensoren (16, 17, 18, 19, 20, 37).