DE19956336B4 - A method and apparatus for capturing and holding a fluid or fluid mixture in a standing wave field - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Einfangen und Inschwebehalten eines Fluids oder eines Fluidgemisches in einem stehenden Wellenfeld nach dem Prinzip der Levitation, wobei ein Trägerfluid oder ein Trägerfluidgemisch mit einer festlegbaren Massendichte wenigstens den Raum des Wellenfeldes, in den das durch Levitation in Schwebe zu haltende Fluid oder Fluidgemisch zur Behandlung und/oder Untersuchung eingebracht wird, ausfüllt, dadurch gekennzeichnet, dass die Massendichte des Fluides oder Fluidgemisches in Form von Gasen, Plasmen und/oder Aerosolen größer als die Massendichte des Trägerfluids oder des Trägerfluidgemisches gewählt wird.method for capturing and retaining a fluid or fluid mixture in a standing wave field according to the principle of levitation, where a carrier fluid or a carrier fluid mixture with a definable mass density at least the space of the wave field, into the fluid or fluid mixture to be levitated by levitation is introduced for treatment and / or examination, fills in, characterized that the mass density of the fluid or fluid mixture in the form of Gases, plasmas and / or aerosols greater than the mass density of the carrier fluid or the carrier fluid mixture chosen becomes.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einfangen und Inschwebehalten eines Fluids oder eines Fluidgemisches in einem stehenden Wellenfeld, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung, mit der ein derartiges Verfahren ausgeführt werden kann, gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 10.The The invention relates to a method of trapping and holding a fluid or fluid mixture in a standing wave field, according to the generic term of claim 1 and a device with which such Procedure executed can be, according to the generic term of claim 10.

Ein Verfahren zum Einfangen und Inschwebehalten eines Fluids oder eines Fluidgemisches in einem stehenden Wellenfeld ist bekannt (DE-A-36 27 810). Aus diesem Dokument ist bekannt, daß als Trägermedium Edelgas oder Luft verwendet werden soll oder ein Gemisch aus Helium und Argon als Trägergasgemisch, in dem ein Flüssigkeitstropfen, unter Beeinflussung eines stehenden Schall oder Ultraschallfeldes durch Levitation in der Schwebe berührungslos gehalten werden soll. Mittels des bekannten Verfahrens soll die Züchtung von unbeschädigten Einkristallen von ausreichender Größe möglich sein.One Method for trapping and holding a fluid or a fluid Fluid mixture in a standing wave field is known (DE-A-36 27 810). From this document it is known that the carrier medium noble gas or air should be used or a mixture of helium and argon Carrier gas mixture, in which a drop of liquid, under the influence of a standing sound or ultrasonic field should be kept in contact by levitation in the balance. By means of the known method, the cultivation of undamaged single crystals be of sufficient size possible.

Dem Verfahren bzw. der Vorrichtung liegt das physikalische Phänomen der sogenannten akustischen Levitation zugrunde. Man unterscheidet grundsätzlich zwischen optischer Levitation und akustischer Levitation und anderen Formen wie der aerodynamischen, der elektrostatischen und der elektrodynamischen Levitation. Die optische Levitation bezeichnet das Vermögen eines z.B. mit Lasern erzeugten Lichtstrahls hoher Intensität, ein Masseteilchen aufgrund des Strahlungsdrucks in der Schwebe zu halten. Ebenso können mit der akustischen Levitation feste Partikel und flüssige Tröpfchen in einem in einem gasförmigen Trägermedium erzeugten stehenden Ultraschall-Wellenfeld in Schwebe gehalten werden.the Process or the device is the physical phenomenon of based on so-called acoustic levitation. There is basically a distinction between optical levitation and acoustic levitation and other forms such as aerodynamic, electrostatic and electrodynamic Levitation. Optical levitation refers to the assets of a e.g. laser beam generated high intensity light beam, a mass particle due to the radiation pressure in suspension. Likewise, with the acoustic levitation solid particles and liquid droplets in one in a gaseous carrier medium generated standing ultrasonic wave field in suspension.

Mittels der Ultraschall-Levitation werden heutzutage beispielsweise Flüssigkeiten vernebelt, d.h. bisher dafür bereitgestellte Vorrichtungen und Verfahren werden im allgemeinen lediglich zur Behandlung von festen und flüssigen Masseteilchen im Größenbereich von etwa 0,5 bis 10 mm angewendet. Eine Anwendung stehender Ultraschallfelder (SUSFer) auf von außen in diese SUSFer eingebrachte Fluide in Form von Gasen, Plasmen, Aerosolen, Nebel, Rauchen und die gezielte Beeinflussung und Analyse dieser Fluide im SUSF, insbesondere im Hinblick auf die Erzeugung von Reaktionsprodukten ist bisher nicht erfolgt und auch nicht möglich gewesen. Für die verschiedensten Prozesse der Analytik und Partikelbildung ist es aber von außerordentlichem Interesse, neben größeren flüssigen und festen Einzelpartikeln auch die genannten Fluide insbesondere Aerosole wie Nebel und Rauch wandungsfrei halten und auf verschiedenste Weise im schwebenden Zustand beeinflussen und behandeln zu können.through For example, ultrasound levitation becomes liquids today fogged, i. previously provided for Devices and methods are generally only for Treatment of solid and liquid Mass particles in the size range applied from about 0.5 to 10 mm. An application of standing ultrasound fields (SUSFer) on the outside fluids introduced into these SUSFers in the form of gases, plasmas, Aerosols, fog, smoking and targeted influencing and analysis these fluids in the SUSF, especially with regard to production Of reaction products has not been done and not possible. For the most diverse Processes of analysis and particle formation, however, are of extraordinary quality Interest, in addition to larger liquid and solid individual particles and the fluids mentioned in particular aerosols how to keep fog and smoke free of wall and in various ways be able to influence and treat in the floating state.

Aus der US-A-4 573 356 ist eine Levitationsvorrichtung bekannt, bei der der zu levitierende Gegenstand beim Levitationsvorgang geschmolzen ist.Out US-A-4 573 356 discloses a levitation device, in the object to be levied is melted during the levitation process is.

Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit denen eine gezielte Beeinflussung und eine gezielte Analyse eines in einem stehenden Schall-Wellenfeld eingeschlossenen Fluids bzw. von diesem getragene Masseteilchen über ein gewünschtes Zeitintervall möglich ist und gezielt Produkte in dem Wellenfeld fortwährend reproduzierbar herstellbar und auch, falls gewünscht, aus dem Wellenfeld herausfuhrbar sind.It is therefore an object of the present invention, a method and to provide a device of the type mentioned, with which a targeted influence and a targeted analysis of one in one standing sound wave field trapped fluid or from this carried mass particles over a desired one Time interval possible is and consistently produce products in the wave field continuously reproducible and also, if desired, off the wave field are herausfuhrbar.

Gelöst wird die Aufgabe gemäß den erfindungsgemäßen Verfahren dadurch, daß die Massendichte des Fluides oder Fluidgemisches in Form von Gasen, Plasmen und/oder Aerosolen größer als die Massendichte des Trägerfluids oder des Trägerfluidgemisches gewählt wird.Is solved the task according to the inventive method in that the Mass density of the fluid or fluid mixture in the form of gases, Plasmas and / or aerosols greater than the mass density of the carrier fluid or the carrier fluid mixture chosen becomes.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht im we sentlichen darin, daß das Fluid bei Einhaltung dieser Relation in die Zone des Wellenfeldes hineingezogen wird, in der sich das stehende Wellenfeld ausbildet und dort, was außerordentlich vorteilhaft für eine spätere Beeinflussung des Fluids oder des Masseteilchens bzw. der Masseteilchen bzw. eine Analytik des Fluids oder des Masseteilchens oder der Masseteilchen ist, dort gehalten werden kann.Of the Advantage of the solution according to the invention exists Essentially in the fact that the Fluid drawn into the zone of the wave field while maintaining this relation becomes, in which the standing wave field develops and there, what extraordinarily advantageous for a later one Influence of the fluid or mass particle or mass particles or an analysis of the fluid or the mass particle or mass particles is, can be held there.

Wird durch äußere Maßnahmen das Wellenfeld aus stehenden Wellen aufrechterhalten, kann das sich in rotationselipsoidförmigen Zonen im Wellenfeld gehaltene Fluid oder die Masseteilchen unbegrenzt oder zumindest über längere Zeit gehalten werden und der gezielten Beeinflussung bzw. einer gewünschten Analyse unterzogen werden. Der außerordentliche Vorteil ist der, daß das Fluid bzw. die Masseteilchen in diesen Zonen wandungsfrei gehalten werden kann bzw. können, d.h., es findet keine das Behandlungsergebnis oder das Analyseergebnis verfälschende Beeinflussung durch äußere Einwirkungen statt.Becomes by external measures The wave field of standing waves can sustain that in rotationally ellipsoidal Zones in the wave field held fluid or mass particles unlimited or at least about longer Be kept time and the targeted influence or a desired Be subjected to analysis. The extraordinary advantage is that that Fluid or the mass particles kept free of wall in these zones can or can that is, it does not find the treatment result or the analysis result falsifying Influence by external influences instead of.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegt die Frequenz des Wellenfeldes im Bereich von 20 kHz bis 10¹⁰ Hz (Ultraschall). Wie eingangs schon erwähnt, ist das Prinzip der Levitation nicht auf akustische Wellen und dort nicht auf Ultraschallwellen beschränkt, vielmehr kann es auch vorteilhaft sein, die Frequenz des Wellenfeldes im hörbaren Frequenzbereich vorzusehen, d.h. im Bereich 10 Hz bis 20 kHz, Der Frequenzbereich der akustischen Levitation wird in Abhängigkeit des zu behandelnden bzw. zu analysierenden Fluids bzw. die Masseteilchen und auch im Zusammenhang mit dem dafür gewählten Gas oder Gasgemisch als Trägermedium gewählt werden.According to an advantageous embodiment of the invention, the frequency of the wave field is in the range of 20 kHz to 10 ¹⁰ Hz (ultrasound). As already mentioned, the principle of levitation is not limited to acoustic waves and not to ultrasonic waves, but it may also be advantageous to provide the frequency of the wave field in the audible frequency range, ie in the range 10 Hz to 20 kHz, the frequency range of the acoustics Depending on the fluid to be treated or analyzed, or the mass particles, and also in connection with the gas or gas mixture selected for this purpose, the levitation is selected as the carrier medium.

Das Verfahren wird vorteilhafterweise derart weitergebildet, daß die Relation der Massendichte des Fluids oder Fluidgemisches zur Massendichte des Gases oder des Gasgemisches durch Variation der Temperatur eingestellt wird.The Method is advantageously further developed such that the relation the mass density of the fluid or fluid mixture to the mass density of the Gas or the gas mixture adjusted by varying the temperature becomes.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird die Relation der Massendichte des Fluids oder Fluidgemisches zur Massendichte des Gases oder Gasgemisches durch geeignete Wahl der Molekülmasse des Fluids bzw. Fluidgemisches sichergestellt. Dieser Zusammenhang der beiden voraufgeführten Möglichkeiten ergibt sich aus den Parametern bzw. Vorgaben des idealen Gasgesetzes. D.h. mit anderen Worten, daß das Fluid bzw. Fluidgemisch eine größere Massendichte als das Trägermedium Gas oder Gasgemisch einfach dadurch aufweist, daß es aus einem schwereren Gas mit großer Molekülmasse besteht oder ein solches Gas enthält. Das ist dann insbesondere bei konstanter Temperatur der Fall.at a further advantageous embodiment of the method is the Relation of the mass density of the fluid or fluid mixture to the mass density of the gas or gas mixture by suitable choice of the molecular weight of the Fluid or fluid mixture ensured. This connection of the both premiered options results from the parameters or specifications of the ideal gas law. That in other words that that Fluid or fluid mixture a greater mass density as the carrier medium Gas or gas mixture simply characterized in that it consists of a heavier gas greater molecular mass exists or contains such a gas. That's special at constant temperature the case.

Vorteilhafterweise kann das Fluid mit flüssigen und/oder festen Partikeln beladen werden, wobei mit flüssigen Partikeln hier beispielsweise kleinste Tröpfchen gemeint sind und mit festen Partikeln beispielsweise Ascheteilchen oder Eispartikel. Es wird also ein Aerosol (Nebel, Rauch) gebildet.advantageously, can the fluid with liquid and / or solid particles are loaded, with liquid particles here, for example, smallest droplets For example, particles of ash are meant with solid particles or ice particles. So it is an aerosol (fog, smoke) formed.

Um beispielsweise das Fluid gezielt beeinflussen bzw. gezielt analysieren zu können, kann es sinnvoll sein, das Fluid vorteilhafterweise durch Beeinflussung des Wellenfeldes in Rotation zu versetzen. Dabei kann die Rotation vorzugsweise um eine im wesentlichen in Feldrichtung liegende Achse erfolgen, es kann aber auch vorteilhaft sein, die Rotation um eine im wesentlichen quer zur Feldrichtung liegende Achse erfolgen zu lassen. Schließlich ist es auch möglich, eine aus beiden vorgenannten Rotationsrichtungen zusammengesetzte Rotation des Fluids oder Fluidgemisches erfolgen zu lassen.Around For example, the fluid specifically affect or specifically analyze to be able to it may be useful, the fluid advantageously by influencing of the wave field in rotation. The rotation can be preferably about an axis lying substantially in the field direction but it can also be beneficial to rotate around one essentially transverse to the field direction axis to take place to let. After all it is also possible one composed of the aforementioned two directions of rotation Rotation of the fluid or fluid mixture to be done.

Eine Vorrichtung zum Einfangen und zum Inschwebehalten eines Fluids oder eines Fluidgemisches in einem stehenden Wellenfeld, wobei ein Trägerfluid oder ein Trägerfluidgemisch mit einer festlegbaren Massendichte wenigstens den Raum des Wellenfeldes, in dem sich das in Schwebe gehaltene levitierte Fluid oder levitierte Fluidgemisch befindet, wenigstens teilweise ausfüllt, umfassend wenigstens einen Frequenzgenerator, einen Schallwandler sowie eine wellenreflektierende Reflexionseinrichtung, zwischen denen ein stehendes Wellenfeld erzeugbar ist, wobei wenigstens eine Zuführungseinrichtung für das Fluid oder Fluidgemisch vorgesehen ist, die bis in den Bereich des Wellenfeldes des Trägerfluied oder Trägerfluidgemisches hineinragt und wobei wenigstens ein Temperierungsmittel für das levitierte Fluid oder levitierte Fluidgemisch vorgesehen ist, ist zur Lösung der o.g. Aufgabe dadurch gekennzeichnet, daß das Temperierungsmittel derart angeordnet ist, daß es das zu levitierende Fluid oder zu levitierende Fluidgemisch vor Eintritt in das Wellenfeld temperaturbeaufschlagen kann.A Device for trapping and retaining a fluid or a fluid mixture in a standing wave field, wherein a carrier fluid or a carrier fluid mixture with a definable mass density at least the space of the wave field, in which the levitated levitated fluid or levitated Fluid mixture is at least partially filled, comprising at least one Frequency generator, a sound transducer and a wave-reflecting Reflection device, between which a standing wave field can be generated is, wherein at least one feeding device for the Fluid or fluid mixture is provided, which is up in the range of Wave field of the carrier fluid or carrier fluid mixture protrudes and wherein at least one tempering agent for the levitated Fluid or levitated fluid mixture is provided to solve the above-mentioned Task characterized in that the temperature control means such it is arranged that it the fluid to be levied or fluid mixture to be levitated Entry into the wave field can apply temperature.

Dadurch ist eine für die jeweilige Behandlung bzw. Analyse notwendige geeignete Temperatur gewährleistet, was gleichermaßen für die Analyse des Fluids bzw. des Fluidgemisches gilt.Thereby is one for the respective treatment or analysis necessary appropriate temperature guaranteed something alike for the Analysis of the fluid or the fluid mixture applies.

Mittels der Zuführungseinrichtung für das Fluid oder Fluidgemisch können beispielsweise nicht nur das Fluid selbst, sondern auch gegebenenfalls dem Fluid beigegebene flüssige oder feste Partikel gezielt in das stehende Wellenfeld eingegeben werden, so daß eine gezielte Behandlung und eine gezielte Analyse des Fluids gegebenenfalls mit den partikelförmigen Beimischungen möglich ist.through the feeding device for the fluid or fluid mixture can For example, not only the fluid itself, but also possibly the Fluid added liquid or solid particles specifically entered into the standing wave field so that one Targeted treatment and a targeted analysis of the fluid, if necessary with the particulate Admixtures possible is.

Es ist aber auch möglich, die Vorrichtung derart auszugestalten, daß vorteilhafterweise das Temperierungsmittel so angeordnet ist, daß das Fluid oder Fluidgemisch im Bereich des Wellenfeldes temperaturbeaufschlagt werden kann, d.h. unmittelbar vor Ort der Einführung des Fluids bzw. Fluidgemisches in den Bereich der stehenden Wellen des Wellenfeldes bzw. in den bzw. die sich schon im Wellenfelde ausgebildet habenden Rotationsellipsoid bzw. ausgebildet habenden Rotationsellipsoide aus Fluid bzw. Fluidgemiseh und gegebenenfalls darin schon enthaltener flüssiger und/oder fester Partikel. Es ist also auch eine gezielte Temperaturbeaufschlagung der sich schon ausgebildet habenden Rotationseilpsoide, bestehend gegebenenfalls aus Teilen oder allen der voraufgeführten Elemente, möglich.It but it is also possible to design the device such that advantageously the temperature control is arranged so that the Fluid or fluid mixture in the region of the wave field temperature can be, i. Immediately on site the introduction of the fluid or fluid mixture in the range of standing waves of the wave field or in the or the ellipsoid of revolution already formed in the wave field or trained having ellipsoids of fluid or Fluidgemiseh and optionally liquid and / or solid particles already contained therein. So it is also a targeted temperature of the itself already trained having Rotating rope psiloids, possibly existing from parts or all of the listed elements.

Es kann vorteilhaft sein, die Vorrichtung derart weiterzubilden, daß wenigstens das Gas oder Gasgemisch, in dem das Wellenfeld aus stehenden Wellen ausgebildet ist, in einem Gehäuse aufgenommen wird, wobei hier der Begriff Gehäuse im weitesten Sinne als geeignet aufgebaute Kapselung zu verstehen ist, in dessen bzw. deren Hohlraum eben das Wellenfeld aus stehenden Wellen des aus Gas oder Gasgemisch bestehenden Trägermediums eingeschlossen ist.It may be advantageous to further develop the device such that at least the gas or gas mixture in which the wave field consists of standing waves is formed in a housing is taken, here the term housing in the broadest sense as is to be understood suitable encapsulation, in whose or their Cavity just the wave field of standing waves of gas or gas mixture existing carrier medium is included.

Schließlich ist es vorteilhaft, eine Meß- und/oder Analyseeinrichtung vorzusehen, mittels der korpuskulare und/oder wellenförmige Informationen über den Aufbau und/oder die Struktur des Fluids, gegebenenfalls auch mittelbar über die Temperatur des Fluids oder Fluidgemisches im Wellenfeld, erfaßbar sind. Ein korpuskularer und/oder wellenförmiger Meßstrahl von einer entsprechenden Strahlenquelle kann beispielsweise den Rotationsellipsoiden bzw. die Rotationsellipsoide aus Fluid bzw. Fluidgemisch durchqueren, wobei die von der Meß- und/oder Analyseeinrichtung nach der Durchquerung empfangenen Informationen Aufschluß über den physikalischen und/oder chemischen Zustand geben können. Die beschriebene Gewinnung von Informationen kann sich auch auf im eingefangenen Fluid bzw. Fluidgemisch entstandene flüssige oder feste Körper, insbesondere Aggregate, beziehen.Finally, it is advantageous to provide a measuring and / or analyzing device by means of which corpuscular and / or wavy information about the structure and / or the structure of the fluid, optionally also indirectly on the temperature of the fluid or fluid mixture in the wave field, can be detected. A corpuscular and / or wavy Measuring beam from a corresponding radiation source can, for example, traverse the ellipsoid of revolution or the ellipsoid of revolution from fluid or fluid mixture, wherein the information received by the measuring and / or analyzing device after traversing can provide information about the physical and / or chemical state. The described extraction of information may also relate to liquid or solid bodies, in particular aggregates, formed in the captured fluid or fluid mixture.

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf eine einzige schematische Zeichnung im einzelnen beschrieben. Diese zeigt: The Invention will now be described with reference to a single schematic Drawing described in detail. This shows:

in Form eines Blockschaltbildes eine Vorrichtung zum Einfangen und Inschwebehalten eines Fluids oder eines Fluidgemisches in einem stehenden Ultraschall-Wellenfeld.in Form of a block diagram of a device for trapping and Influence retention of a fluid or a fluid mixture in one standing ultrasonic wave field.

Eine Vorrichtung 10 zum Inschwebehalten eines Fluids oder eines Fluidgemisches 11 ist in der einzigen Figur dargestellt, auf die nachfolgend Bezug genommen wird. In einem mittels eines Gehäuses oder einer Kapselung 20 gebildeten Raum 14 wird ein Gas oder Gasgemisch 13 eingeschlossen. Im Raum 14 sind ein Frequenzgenerator, ein Schallwandler 150 und eine Reflexionseinrichtung 16, die beabstandet voneinander angeordnet, sind, angeordnet. Im Betrieb erzeugt der Frequenzgenerator 15, wenn sich im Raum 14 das Gas bzw. Gasgemisch 13 als Schallträgermedium befindet, ein Wellenfeld 12 (gestrichelt dargestellt). Die Frequenz des Wellenfeldes 12 wird auf an sich bekannte Weise derart gewählt, daß sich zwischen dem Schallwandler 150 und der Reflexionseinrichtung 16 ein aus stehenden Wellen bestehendes Wellenfeld 12 ausbildet. Dieses ist an sich Stand der Technik und es ist entbehrlich, darauf noch weiter einzugehen.A device 10 for holding a fluid or a fluid mixture 11 is shown in the single figure, to which reference is made below. In one by means of a housing or encapsulation 20 formed space 14 becomes a gas or gas mixture 13 locked in. In the room 14 are a frequency generator, a sound transducer 150 and a reflection device 16 , which are spaced from each other, are arranged. During operation, the frequency generator generates 15 when in the room 14 the gas or gas mixture 13 as a sound carrier medium, a wave field 12 (shown in dashed lines). The frequency of the wave field 12 is chosen in a known per se way that between the transducer 150 and the reflecting means 16 a wave field consisting of standing waves 12 formed. This is state of the art in itself and it is unnecessary to go into it further.

In die Vorrichtung 10 wird über eine erste Zuführungseinrichtung 17 ein Fluid bzw. ein Fluidgemisch 11 bis in den Bereich 18 des Wellenfeldes 12 aus stehenden Wellen gebracht. Die Massendichte des Fluides oder Fluidgemisches 11 wird dabei so gewählt, daß diese größer als die Massendichte des Gases bzw, des Gasgemisches 13 ist, d.h. des eigentlichen Schallträgermediums. Das Fluid bzw. Fluidgemisch 11 wird in die rotationsellipsoidförmigen Zonen des Wellenfeldes 12 aus stehenden Wellen hineingezogen und dort gehalten. Das Fluid bzw. Fluidgemisch 11 befindet sich quasi in den rotationsellipsoidförmigen Zonen des Wellenfeldes 12 in einer Falle. Es kann dort behandelt und auch analysiert werden. So können beispielsweise weiteres Fluid bzw. weitere Fluidgemische 11 über eine weitere Zuführungseinrichtung 17 in den Bereich 18 des Wellenfeldes 12 gebracht werden, die mit kleinen flüssigen Partikeln (Tröpfchen) oder festen Partikeln (Ascheteilchen, Eispartikel) beladen sind, so daß in den rotationsellipsoidförmigen Zonen Aerosole (Nebel, Rauch) gebildet werden. Diese werden dort wandungsfrei gehalten und können beispielsweise mittels die Vorrichtung 10 bzw. den Raum 14 und somit das Wellenfeld 12 bzw. die Rotationsellipsoide des Wellenfeldes 12 durchquerenden Meßstrahlen beaufschlagt werden, die Informationen 22 auf eine Meß- bzw. Analyseeinrichtung geben. Der Begriff Meßstrahl ist hier als zusammenfassender, sehr allgemeiner Begriff zu verstehen, d.h. es können Wellen oder korpuskulare Informationen auf die Meß- bzw. Analyseeinrichtung 21 gegeben werden. Auch die Untersuchung bzw. Analyse kann völlig wandungsfrei durchgeführt werden.Into the device 10 is via a first feeding device 17 a fluid or a fluid mixture 11 into the area 18 of the wave field 12 brought from standing waves. The mass density of the fluid or fluid mixture 11 is chosen so that it is greater than the mass density of the gas or the gas mixture 13 is, ie the actual sound carrier medium. The fluid or fluid mixture 11 becomes the rotationally ellipsoidal zones of the wave field 12 drawn in from standing waves and held there. The fluid or fluid mixture 11 is located in the ellipsoidal zones of the wave field 12 in a trap. It can be treated and analyzed there. For example, further fluid or further fluid mixtures 11 via a further feed device 17 in the area 18 of the wave field 12 are brought, which are loaded with small liquid particles (droplets) or solid particles (ash particles, ice particles), so that in the rotationally ellipsoidal zones aerosols (fog, smoke) are formed. These are kept free of wall and can, for example, by means of the device 10 or the room 14 and thus the wave field 12 or the ellipsoids of the wave field 12 passing through measuring beams, the information 22 to a measuring or analyzing device. The term measuring beam is to be understood here as a summary, very general term, ie waves or corpuscular information on the measuring or analysis device 21 are given. The examination or analysis can be carried out completely without walling.

Durch geeignete Steuerung der für den Aufbau des Wellenfeldes 12 vorgesehenen Einrichtungen, zu denen der Frequenzgenerator 15, der Schallwandler 150 sowie die Reflexionseinrichtung 16 gehören, kann veranlaßt, werden, daß beispielsweise zur besseren Analyse des Fluids bzw. Fluidgemisches 11, das in den rotationsellipsoidförmigen Zonen eingeschlossen ist, das Fluid bzw. Fluidgemisch 11 um die im wesentlichen in Feldrichtung liegende Systemachse 24 (strichpunktiert dargestellt) und/oder die darauf senkrecht stehende Achse 25 (strichdoppelpunktiert dargestellt) gedreht wird.By suitable control of the structure of the wave field 12 provided facilities, including the frequency generator 15 , the sound transducer 150 and the reflection device 16 may be caused, for example, for a better analysis of the fluid or fluid mixture 11 , which is enclosed in the rotational ellipsoidal zones, the fluid or fluid mixture 11 about the system axis lying substantially in the field direction 24 (shown in phantom) and / or the axis perpendicular thereto 25 (dash-dotted lines shown) is rotated.

Um auch geeignete Temperaturbedingungen im Bereich 18 des Wellenfeldes gewährleisten zu können, ist ein Temperierungsmittel 19 vorgesehen, das bis in den Bereich 18 des Wellenfeldes 12 reicht. Das Temperierungsmittel kann zur Temperaturerniedrigung (Kühlung) und zur Temperaturerhöhung (Erwärmung) verwendet werden bzw. geeignet für diese Zwecke ausgestaltet sein.In order to also suitable temperature conditions in the range 18 to ensure the wave field is a tempering 19 provided that is up in the area 18 of the wave field 12 enough. The tempering agent can be used for temperature reduction (cooling) and for increasing the temperature (heating) or designed to be suitable for these purposes.

Schließlich weist die Vorrichtung 10 eine Abführungseinrichtung 170 für das Fluid bzw. Fluidgemisch 11 auf, über die beispielsweise das in der Vorrichtung 10 verfahrensgemäß behandelte Fluid bzw. Fluidgemisch 11, beispielsweise als fertiges, gewünschtes Produkt abgeführt werden kann.Finally, the device points 10 a discharge device 170 for the fluid or fluid mixture 11 on, for example, in the device 10 according to the method treated fluid or fluid mixture 11 , For example, can be removed as a finished, desired product.

Das sich im Raum 14 befindende Gas bzw. Gasgemisch 13 wird gemäß der erfindungsgemäßen Verfahrensführung grundsätzlich im Raum 14 gehalten, so daß die Zufuhrungseinrichtung 23 und die Abführungseinrichtung 230 für das Gas bzw. Gasgemisch 13 an sich verschlossen sind. Es ist aber auch grundsätzlich möglich, für eine bestimmte Verfahrensführung das Gas bzw. Gasgemisch 13 durch den Raum 14 der Vorrichtung 10 durchströmen zu lassen und dabei gegebenenfalls die Zusammensetzung und/oder den Druck und/oder die Temperatur des Gases bzw. Gasgemisches 13 zu variieren. Es hat sich nämlich herausgestellt, daß der Effekt des Hineingezogenwerdens des Fluids bzw. Fluidgemisches 11 in die rotationsellipsoidförmigen Zonen des Wellenfeldes 12 auch wesentlich durch das Gas bzw. Gasgemisch 13 als Schallträgermedium bestimmt wird und nicht nur durch das Fluid bzw. Fluidgemisch 11, das gegebenenfalls mit flüssigen oder festen Partikeln versetzt sein kann.That in the room 14 located gas or gas mixture 13 is basically in space according to the process of the invention 14 held so that the Zufuhrungseinrichtung 23 and the discharge device 230 for the gas or gas mixture 13 closed in itself. But it is also possible in principle, for a particular process management, the gas or gas mixture 13 through the room 14 the device 10 to flow through it and optionally the composition and / or the pressure and / or the temperature of the gas or gas mixture 13 to vary. It has been found that the effect of Hin pulled in the fluid or fluid mixture 11 into the ellipsoidal-shaped zones of the wave field 12 also essentially by the gas or gas mixture 13 is determined as a sound carrier medium and not only by the fluid or fluid mixture 11 , which may optionally be mixed with liquid or solid particles.

Der mit dem Frequenzgenerator 15 verbundene eigentliche Schallwandler 150 und die Reflexionseinrichtung 16 können mit dem Ziel, die Raumanordnung des stehenden Wellenfeldes 12 zu variieren, unterschiedlich ausgebildet sein. Der Schallwandler 150 und die Reflexionseinrichtung 16 können beispielsweise mit quadratischer oder kreisförmiger Grundfläche ausgebildet sein, so daß ein achsensymmetrisches, im wesentlichen eindimensionales stehendes Wellenfeld 12 erzeugt, wird. Ist der Schallwandler 150 und die Reflexionseinrichtung 16 mit länglicher, insbesondere rinnen- oder trogförmiger Grundfläche ausgebildet, entsteht ein achsensymmetrisches, im wesentlichen zweidimensionales stehendes Wellenfeld 12. Ist die Reflexionseinrichtung 16 mit konkaver Innenfläche ausgebildet, wird das stehende Wellenfeld 12 teilweise umschlossen. Umschließt die Reflexionseinrichtung 16 das stehende Wellenfeld 12 vollständig, so daß der Schallwandler 150 und die Reflexionseinrichtung 16 einen achsensymmetrischen Hohlraumresonator bilden, der z.B. zylinder-, rotationsellipsoid- oder birnenförmig ausgebildet sein kann, wird ein stehendes Wellenfeld 12 erzeugt. Bilden schließlich der Schallwandler 150 und die Reflexionseinrichtung 16 eine rohrförmige Einheit, werden die Wellen durch radiale Schwingungen der Rohrwandlungen abgestrahlt.The one with the frequency generator 15 connected actual sound transducer 150 and the reflecting means 16 can aim at the spatial arrangement of the standing wave field 12 to vary, be formed differently. The sound transducer 150 and the reflecting means 16 may be formed, for example, with a square or circular base, so that an axisymmetric, substantially one-dimensional standing wave field 12 is produced. Is the sound transducer 150 and the reflecting means 16 formed with elongated, in particular trough or trough-shaped base, creates an axisymmetric, substantially two-dimensional standing wave field 12 , Is the reflection device 16 formed with concave inner surface, the standing wave field 12 partially enclosed. Encloses the reflection device 16 the standing wave field 12 completely, so that the sound transducer 150 and the reflecting means 16 form an axisymmetric cavity resonator, which may be formed, for example, cylindrical, rotationally ellipsoidal or pear-shaped, is a standing wave field 12 generated. Finally form the sound transducer 150 and the reflecting means 16 a tubular unit, the waves are radiated by radial vibrations of the pipe transformations.

Mittels der Vorrichtung 10 kann das Verfahren auf einfache Weise ausgeführt werden. In den Raum 14 wird Gas bzw. Gasgemisch 13 als Schallträgermedium über die Zuführungseinrichtung 23 eingeführt. Mittels des Frequenzgenerators 15, des Schallwandlers 150 und der Reflexionseinrichtung 16 wird auf bekannte Weise ein stehendes Wellenfeld 12 zwischen dem Schallwandler 150 und der Reflexionseinrichtung 16 erzeugt. Nachfolgend wird über die Zuführungseinrichtung 17 das Fluid bzw. Fluidgemisch 11 in den Bereich 18 des stehenden Wellenfeldes 12 überführt. Das Fluid bzw. Fluidgemisch 11 ist zuvor geeignet temperiert worden, und zwar entweder über das gesonderte Temperierungsmittel 19, das in den Bereich 18 des stehenden Wellenfeldes 12 ragt, oder zuvor über hier nicht dargestellte Temperierungsmittel, die das Fluid bzw. Fluidgemisch 11 vor Eintritt in den Raum 14 geeignet temperieren. In den bisher mittels des Verfahrens bzw. der Vorrichtung 10 durchgeführten Versuchen konnten Temperaturdifferenzen vom Innenraum der Rotationsellipsoide aus Fluid bzw. Fluidgemisch 11 zur Umgebung von bis zu 50° K erzielt werden. Es ist beobachtet worden, daß die Temperaturdifferenz von außen nach innen über nur wenige Millimeter abfällt und daß die Temperatur im Innenraum des Rotationsellipsoids bis auf wenige °K konstant ist. Es liegen also scharf voneinander getrennte Bereiche vor, ohne daß eine materielle Wandung existiert. Damit können störende Wandeinflüsse, wie schon ausgeführt, vermieden werden. In diesen gebildeten, sogenannten Kaltgasfallen können Gase in einfacher Weise gekühlt oder unterkühlt werden, ohne daß sie sich an Wandungen niederschlagen, was den Vorteil hat, daß sich z.B. ihre spektrale Struktur wesentlich vereinfacht und sie empfindlicher und selektiver nachgewiesen werden können.By means of the device 10 the process can be carried out easily. In the room 14 becomes gas or gas mixture 13 as a sound carrier medium via the feed device 23 introduced. By means of the frequency generator 15 , the sound transducer 150 and the reflecting means 16 becomes a standing wave field in a known way 12 between the transducer 150 and the reflecting means 16 generated. The following is about the feeding device 17 the fluid or fluid mixture 11 in the area 18 of the standing wave field 12 transferred. The fluid or fluid mixture 11 has previously been suitably tempered, either via the separate tempering agent 19 that in the area 18 of the standing wave field 12 protrudes, or previously on Temperierungsmittel not shown here, the fluid or fluid mixture 11 before entering the room 14 suitable tempering. In the hitherto by means of the method or the device 10 Experiments conducted could temperature differences from the interior of the ellipsoids of fluid or fluid mixture 11 to the environment of up to 50 ° K can be achieved. It has been observed that the temperature difference falls from outside to inside over only a few millimeters and that the temperature in the interior of the ellipsoid of revolution is constant except for a few ° K. So there are sharply separated areas, without a material wall exists. This disturbing wall influences, as already stated, can be avoided. In these formed, so-called cold gas traps gases can be cooled or supercooled in a simple manner, without that they precipitate on walls, which has the advantage that, for example, their spectral structure significantly simplified and they can be detected more sensitive and selective.

Es ist auch möglich, über eine weitere Zuführungseinrichtung 17 unterschiedliche Fluide bzw. Fluidgemische 11 zuzuführen, die dann in den rotationsellipsoidförmigen Zonen im stehenden Wellenfeld 12 miteinander reagieren können. Die Reaktionsprodukte können wiederum gegebenenfalls spektroskopisch analysiert werden und über die Abführungseinrichtung 170 einer weiteren Verwendung zugeführt werden.It is also possible via a further feed device 17 different fluids or fluid mixtures 11 which then in the ellipsoidal-shaped zones in the standing wave field 12 can react with each other. The reaction products can in turn be optionally analyzed spectroscopically and via the discharge device 170 be used for further use.

Darüber hinaus ist es mit der Vorrichtung 10 und dem Verfahren möglich, die sogenannten Kaltgasfallen als Gasreaktoren zu benutzen.In addition, it is with the device 10 and the method makes it possible to use the so-called cold gas traps as gas reactors.

Um die für die Behandlung und/oder Analyse des Fluids bzw. Fluidgemisches 11 notwendige Temperaturdifferenz zu erzeugen, ist es möglich, die gesamte Umgebung einschließlich der Wellenfelderzeugungseinrichtung (Frequenzgenerator 15, Schallwandler 150, Reflexionseinrichtung 16) zu erwärmen.To those for the treatment and / or analysis of the fluid or fluid mixture 11 To generate necessary temperature difference, it is possible to use the entire environment including the wave field generator (frequency generator 15 , Sound transducer 150 , Reflection device 16 ) to heat.

Mit der Vorrichtung 10 wird quasi ein Miniatur-Tieftemperatur-Laboratorium bereitgestellt, mit dem die verschiedensten Stoffe einschließlich der oben beschriebenen Aerosole behandelt und/oder untersucht, werden können. Die Vorrichtung 10 bzw. das Verfahren schaffen die Möglichkeit der einfachen Aufkonzentrierung von Aerosolbestandteilen. Die Erfindung ist beispielsweise anwendbar für die Eisphysik sowie für die Atmosphärenphysik und -chemie, um Grundlagenerkenntnisse zu gewinnen. In diesem Zusammenhang ist besonders eine dünne, quasi flüssige Schicht auf der Oberfläche von Eispartikeln von Interesse. An und in dieser Schicht spielt sich die Oberflächenchemie von Eispartikeln ab. Für den Bereich der Oberflächenphysik könnte in der sogenannten Kaltgasfalle die Adsorption von Gasen und anderen Aerosol- und Eispartikeln untersucht werden, ebenso die optischen Streueigenschaften. Dabei kann sich, wie schon ausgeführt, zunutze gemacht werden, daß erfindungsgemäß keine störenden materiellen Wandungen auftreten und die Fluide bzw. Fluidgemische 11 leicht zum Rotieren um die verschiedenen Achsen gebracht werden können, siehe oben. Die Erfindung öffnet zudem die Möglichkeit, technische Prozesse, wie die Granulierung und Pelletierung, zu vereinfachen. So könnte beispielsweise ein Staubaerosol in einem Tröpfchenaerosol (als Bindemittel) über die Zuführungseinrichtung 17 in das stehende Wellenfeld 12 verbracht werden und das Reaktionsprodukt über die Abführungseinrichtung 170 aus der Vorrichtung herausverbracht werden. Zudem erlauben das Verfahren und die Vorrichtung 10 die Herstellung kugelförmiger Mehrschichtgranulate, die von großem Interesse für den Pharmabereich sind. Erfindungsgemäß herstellbare Granulate und Extrakte sind weitere mögliche, wichtige Produktformen, die in der Lebensmitteltechnologie Anwendung finden.With the device 10 A miniature cryogenic laboratory is thus provided which can be used to treat and / or investigate a wide variety of substances, including the aerosols described above. The device 10 or the method provide the possibility of simple concentration of aerosol components. The invention is applicable, for example, to ice physics as well as to atmospheric physics and chemistry in order to gain basic knowledge. In this context, a thin, quasi-liquid layer on the surface of ice particles is of particular interest. On and in this layer, the surface chemistry of ice particles takes place. For the field of surface physics, the adsorption of gases and other aerosol and ice particles could be investigated in the so-called cold gas trap, as well as the optical scattering properties. It can, as already stated, be made use of the fact that according to the invention no disturbing material walls occur and the fluids or fluid mixtures 11 easy to rotate around the different axes, see above. The invention also opens the possibility to simplify technical processes such as granulation and pelleting. For example, a dust aerosol in a droplet aerosol (as a binder) could be delivered via the delivery device 17 into the standing wave field 12 be spent and the reaction product via the discharge device 170 be taken out of the device. In addition, the method and the device allow 10 the production of spherical multi-layer granulates, which are of great interest to the pharmaceutical sector. Granulates and extracts which can be produced according to the invention are further possible, important product forms which are used in food technology.

Claims (16)

Verfahren zum Einfangen und Inschwebehalten eines Fluids oder eines Fluidgemisches in einem stehenden Wellenfeld nach dem Prinzip der Levitation, wobei ein Trägerfluid oder ein Trägerfluidgemisch mit einer festlegbaren Massendichte wenigstens den Raum des Wellenfeldes, in den das durch Levitation in Schwebe zu haltende Fluid oder Fluidgemisch zur Behandlung und/oder Untersuchung eingebracht wird, ausfüllt, dadurch gekennzeichnet, dass die Massendichte des Fluides oder Fluidgemisches in Form von Gasen, Plasmen und/oder Aerosolen größer als die Massendichte des Trägerfluids oder des Trägerfluidgemisches gewählt wird.A method for capturing and holding a fluid or fluid mixture in a standing wave field according to the principle of levitation, wherein a carrier fluid or a carrier fluid mixture having a definable mass density at least the space of the wave field, in which the levitated levitation fluid or fluid mixture for treatment and / or examination, fills, characterized in that the mass density of the fluid or fluid mixture in the form of gases, plasmas and / or aerosols is greater than the mass density of the carrier fluid or the carrier fluid mixture is selected. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Wellenfeldes im Bereich von 20 kHz bis 10¹⁰ Hz (Ultraschall) liegt.Method according to Claim 1, characterized in that the frequency of the wave field is in the range from 20 kHz to 10 ¹⁰ Hz (ultrasound). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Wellenfeldes im Bereich von 10 Hz bis 20 kHz (hörbarer Frequenzbereich) liegt.Method according to claim 1, characterized in that that the Wave field frequency in the range of 10 Hz to 20 kHz (audible frequency range) lies. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Relation der Massendichte des Fluids zur Massendichte des Trägerfluids oder des Trägerfluidgemisches durch Variation der jeweiligen Temperatur eingestellt wird.Method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the relation the mass density of the fluid to the mass density of the carrier fluid or the carrier fluid mixture is adjusted by varying the respective temperature. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Relation der Massendichte des Fluids zur Massendichte des Trägerfluids oder Trägerfluidgemisches durch geeignete Wahl der Molekülmasse des Fluids eingestellt wird.Method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the relation the mass density of the fluid to the mass density of the carrier fluid or carrier fluid mixture suitable choice of molecular mass of the fluid is adjusted. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid mit flüssigen und/oder festen Partikeln beladen wird.Method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the fluid with liquid and / or solid particles is loaded. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Fluid durch Beeinflussung des Wellenfeldes in Rotation versetzt wird.Method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the fluid is set in rotation by influencing the wave field. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotation um eine im wesentlichen in Feldrichtung liegende Achse erfolgt.Method according to claim 7, characterized in that that the Rotation about an axis lying substantially in the field direction he follows. Verfahren nach einem der beiden Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotation um eine im wesentlichen quer zur Feldrichtung liegende Achse erfolgt.Method according to one of the two claims 7 or 8, characterized in that the Rotation around a substantially transverse to the field direction Axis takes place. Vorrichtung zum Einfangen und zum Inschwebehalten eines Fluids oder eines Fluidgemisches in einem stehenden Wellenfeld, wobei ein Trägerfluid oder ein Trägerfluidgemisch mit einer festlegbaren Massendichte wenigstens den Raum des Wellenfeldes, in dem sich das in Schwebe gehaltene levitierte Fluid oder levitierte Fluidgemisch befindet, wenigstens teilweise ausfüllt, umfassend wenigstens einen Frequenzgenerator, einen Schallwandler sowie eine Wellen reflektierende Reflexionseinrichtung, zwischen denen ein stehendes Wellenfeld erzeugbar ist, wobei wenigstens eine Zuführungseinrichtung für das Fluid oder Fluidgemisch vorgesehen ist, die bis in den Bereich des Wellenfeldes des Trägerfluides oder Trägerfluidgemisches hineinragt und wobei wenigstens ein Temperierungsmittel für das levitierte Fluid oder levitierte Fluidgemisch vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperierungsmittel derart angeordnet ist, daß es das zu levitierende Fluid oder zu levitierende Fluidgemisch vor Eintritt in das Wellenfeld temperaturbeaufschlagen kann.Device for catching and holding in place a fluid or fluid mixture in a standing wave field, wherein a carrier fluid or a carrier fluid mixture with a definable mass density at least the space of the wave field, in which the levitated levitated fluid or levitated Fluid mixture is at least partially filled, comprising at least one Frequency generator, a sound transducer and a wave-reflecting Reflection device, between which a standing wave field can be generated, wherein at least one feed device for the Fluid or fluid mixture is provided, which is up in the range of Wave field of the carrier fluid or carrier fluid mixture protrudes and wherein at least one tempering agent for the levitated Fluid or levitated fluid mixture is provided, characterized that this Tempering agent is arranged such that it is the fluid to be levitated or to be levitated fluid mixture before entering the wave field Temperaturbeaufschlagen can. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Temperierungsmittel (19) derart angeordnet ist, daß es das Fluid oder Fluidgemisch (11) im Bereich des Wellenfeldes (12) temperaturbeaufschlagen kann.Apparatus according to claim 10, characterized in that the tempering agent ( 19 ) is arranged such that it is the fluid or fluid mixture ( 11 ) in the area of the wave field ( 12 ) can apply temperature. Vorrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens das Trägerfluid oder Trägerfluidgemisch (13) in einem Gehäuse (20) aufgenommen ist.Device according to one or both of claims 10 or 11, characterized in that at least the carrier fluid or carrier fluid mixture ( 13 ) in a housing ( 20 ) is recorded. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck des Trägerfluides oder Trägerfluidgemisches im Bereich von 0,1 mbar bis 400 bar liegt.Device according to one or more of claims 10 to 12, characterized in that the Pressure of the carrier fluid or carrier fluid mixture in the range of 0.1 mbar to 400 bar. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meß- und/oder Analyseeinrichtung (21) vorgesehen ist, mittels der korpuskulare und/oder wellenförmige Informationen (22) über den Aufbau und/oder die Struktur des Fluids oder Fluidgemisches (11) im Wellenfeld (12) und/oder der dort entstehenden Produkte erfaßbar sind.Device according to one or more of claims 10 to 13, characterized in that a measuring and / or analyzing device ( 21 ) is provided by means of the corpuscular and / or wavy information ( 22 ) about the structure and / or the structure of the fluid or fluid mixture ( 11 ) in the wave field ( 12 ) and / or the products formed there are detectable. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungseinrichtung (17) das stehende Wellenfeld (12) torusförmig umschließt.Device according to one or more of claims 10 to 14, characterized in that the feeding device ( 17 ) the standing wave field ( 12 ) surrounds torus-shaped. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführungseinrichtung (17) auf einer Systemachse (24) liegt.Device according to one or more of claims 10 to 15, characterized in that the feeding device ( 17 ) on a system axis ( 24 ) lies.