DE3881394T2

DE3881394T2 - Detektion der oberflaeche einer fluessigkeit oder schaumschicht.

Info

Publication number: DE3881394T2
Application number: DE8888310429T
Authority: DE
Inventors: Yoichi Ishikawa
Original assignee: Able Corp
Current assignee: Able Corp
Priority date: 1988-11-05
Filing date: 1988-11-05
Publication date: 1993-09-09
Anticipated expiration: 2008-11-06
Also published as: EP0367868A1; US4902962A; DE3881394D1; EP0367868B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion der Oberfläche einer Flüssigkeit oder einer Schaumschicht. Insbesondere ist die Erfindung nützlich in Verbindung mit Fermentierungs-Verfahren.
Bei der Durchführung von Fermentierungs-Verfahren in einem Kessel oder in einem Fass wird normalerweise die Oberfläche der Flüssigkeit oder der Schaumschicht durch Detektion einer Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit und des elektrischen Widerstandes zwischen der Detektorelektrode und der Gegenelektrode erfaßt. Die Detektorelektrode ist ain oberen Rand des Fermentierungskessels angebracht und nach unten gerichtet, um den Zeitpunkt zu anzuzeigen, in dem der Schaum die Spitze der Elektrode erreicht. Die Gegenelektrode ist in die Flüssigkeit oder in die Schaumschicht eingetaucht, um so mit dieser einen guten Kontakt herzustellen bzw. aufrechtzuerhalten.
Die Detektorelektrode muß isoliert sein. Sie bleibt jedoch in Kontakt mit dem Dampf innerhalb des Kessels oberhalb der wahrzunehmenden Oberfläche. Wenn die Temperatur der Flüssigkeit höher ist als die des Dampfes, steigt der Feuchtigkeitsgehalt des Dampfes soweit, daß die Feuchtigkeit auf den isolierten Teilen, gegen die die Detektorelektrode von den anderen Teilen, einschließlich der Gegenelektrode, isoliert ist, kondensiert. Eine Kondensation auf der Detektorelektrode selbst findet auch statt. Dieses Phänomen erhöht die elektrische Leitfähigkeit und den elektrischen Widerstand. Dies führt zur Erzeugung von falschen Detektorsignalen.
Wenn während der aerobischen Fermentierung oder Belüftung der Inhalt des Fermentierungskessels in heftige Bewegung versetzt wird oder stark schäumt, wird die Flüssigkeit auf die Detektorelektrode und auf die isolierten Teile gespritzt und lagert sich darauf ab, so daß falsche Detektorsignale, wie oben beschrieben, verursacht werden können. Es ist bekannt, bei der Fermentierung schaumhemmende Mittel zur Unterbrechung der Schaumbildung zu verwenden, sobald Schaum wahrgenommen worden ist. In vielen Fällen wird eine zu große Menge an schaumhemmenden Mitteln zugeführt, besonders vor dem Zeitpunkt, an dem die Bildung von Schaum erwartet wird wegen der ungenügenden Zuverlässigkeit der bekannten Detektionsvorrichtungen. Schaumhemmende Mittel sind teuer und können auch zu einem verzögernden Faktor hinsichtlich der Fermentierung oder als Inhibitor hinsichtlich der Trennung und Raffinierung der Fermentationsprodukte werden.
Demzufolge ist es wünschenswert eine minimale Menge an schaumhemmenden Mitteln zu verwenden, um die Fermentierung zu optimieren. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, einen zuverlässigen Schaumdetektor zu bieten.
Eine Aufgabe der Erfindung ist insbesondere die Bereitstellung einer Vorrichtung zur Detektion der Oberfläche einer Flüssigkeit oder einer Schaumschicht, in der die isolierten Teile für die Detektorelektrode und - vorzugsweise - die Detektorelektrode selbst trocken gehalten werden können.
Die DE-A-3446060 beschreibt eine Vorrichtung zur Detektion der Oberfläche einer Flüssigkeit oder einer Schaumschicht mit einer Detektorelektrode, die derart angebracht ist, daß sie von der Flüssigkeit oder vom Schaum berührt wird, mit einer Gegenelektrode zur Herstellung des elektrischem Kontakts mit der Flüssigkeit oder mit dem Schaum, wobei eine Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit oder des elektrischen Widerstandes zwischen den Elektroden anzeigt, ob die Detektorelektrode die Oberfläche der Flüssigkeit oder des Schaumes berührt, und mit einer Ummantelung der Detektorelektrode sowie mit einer Isolationsschicht, die die Detektorelektrode gegen die Gegenelektrode isoliert. Luft, die auch erhitzt sein kann, wird nach unten durch den Raum zwischen der Detektorelektrode und der Ummantelung geblasen, um jegliche Feuchtigkeit zu beseitigen, die auf die Elektrode gespritzt sein kann.
Eine Vorrichtung zur Detektion der Oberfläche einer Flüssigkeit oder einer Schaumschicht ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein Warm- bzw. Heißlufterzeuger die Detektorelektrode erhitzt, um Dampf zu erzeugen bzw. aufrechtzuerhalten, der die Detektorelektrode umgibt und der durch eine Ummantelung in einem ungesättigten Zustand gehalten wird.
In der EP-A-0115106 ist eine Niedrigwasser-Absperrung für einen Boiler beschrieben, in dem eine die Detektorelektrode umgebende Ummantelung elektrisch leitfähig ist und als Gegenelektrode dient.
In der US-A-4476028 ist ein Kraftstoff-Wasser-Separator beschrieben, der mit einem Sensor zur Ermittlung des Wasserstandes versehen ist. Der Sensor ist elektrisch gegen ein leitfähiges Speicherteil des Separatorgehäuses, in dem das Wasser von dem gesammelten Kraftstoff getrennt wird, isoliert. Wenn der Wasserstand den Sensor erreicht, wird ein elektrischer Stromkreis zwischen dem Sensor und dem Speicherteil geschlossen. Der Sensor enthält ein Heizgerät, womit verhindert werden soll, daß der Kraftstoff in kaltem Wasser zu zähflüssig wird.
Anders betrachtet, bietet die Erfindung eine Vorrichtung mit Hilfe derer das Innere der vorzugsweise zylindrischen Ummantelung trocken gehalten werden kann.
Außerdem gehört zu der Erfindung ein Verfahren zur Detektion der Oberfläche einer Flüssigkeit oder einer Schaumschicht, in der eine Veränderung des elektrischen Widerstandes bzw. Leitfähigkeit zwischen einer Detektorelektrode, die von einer Ummantelung umgeben und derart angebracht ist, daß sie von der Flüssigkeit oder vom Schaum berührt wird, und einer Gegenelektrode, die in elektrischem Kontakt zur Flüssigkeit oder zum Schaum steht, und durch Isolationsteile isoliert ist, signalisiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorelektrode erhitzt wird, um den die Detektorelektrode umgebenden Dampf aufrechtzuerhalten und durch die Ummantelung in einem ungesättigten Zustand gehalten wird, um die Bildung oder den Niederschlag von Feuchtigkeit auf die Teile zu verhindern, mit denen die Detektorelektrode isoliert ist.
Die derzeitige Detektion der Oberfläche einer Flüssigkeit oder einer Schaumschicht wird in herkömmlicher Weise durchgeführt, wobei die Erfindung dadurch gekennzeichnet ist, daß die Detektorelektrode getrocknet bzw. trocken gehalten wird.
Die Erfindung wird weiter anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die im Anhang befindlichen Zeichnungen beschrieben:
Fig. 1 ist der Längsschnitt einer Teilansicht einer Detektionsvorrichtung nach der Erfindung,
Fig.2 ist eine schematische Darstellung der Detektionsvorrichtung für ein Fermentierungsfaß, und
Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Detektionsvorrichtung.
Eine Vorrichtung zur Detektion der Oberfläche einer Flüssigkeit oder einer Schaumschicht nach Fig. 1, beinhaltet eine zentrale Detektorelektrode 10 , die an ihrem unteren Teil mit einer zylindrischen Plastikummantelung oder mit einem Umschlag 12 umwickelt ist und an seinem unteren Ende offen ist. Ein begrenzter Raum 14 für Dampf ist von der Ummantelung 12 im wesentlichen umschlossen und umgibt die zentrale Detektorelektrode 10. Die Plastikummantelung 12 ist am Hauptteil 16 mit Hilfe einer aus rostfreiem Stahl gebildeten Schraubgewindebuchse 18 befestigt. Ein O-Ring 20 ist zwischen der Buchse 18 und einer inneren Schulter 22 innerhalb der Ummantelung 12 befestigt und wird gegen die Detektorelektrode 10 gedrückt, um eine Flüssigkeitsabdichtung zu bilden bzw. aufrechtzuerhalten und darüberhinaus die Detektorelektrode zu isolieren.
Zwei weitere O-Ringe 22 und 24 dienen dazu, die Isolierung der zentralen Elektrode 10 zu unterstützen, und sind zwischen den Buchsen 18 und einer inneren Schulter 26 in der Vorrichtung 16, mit einem Distanzstück 28 aus rostfreiem Stahl dazwischen, eingeschlossen. Ein Verbindungsstück 30 ist in das hintere oder obere Ende der Vorrichtung 16 geschraubt, und wird mit einem O-Ring 32 darauf befestigt. Das Verbindungsstück 30 hat ein Endglied, das über einen Blei-Draht 34 mit der Detektorelektrode 10 mit Hilfe von Lot 36 verbunden ist.
Zwei weitere Endglieder sind mit Hilfe von Blei-Drähten 38 und 40 mit einem Erhitzer (nicht gezeigt) verbunden, der innerhalb der Elektrode 10, der für diesen Zweck hohl gemacht wurde, installiert wird.
Wie in der Fig. 2 dargestellt, hängt die Detektionsvorrichtung 42 von Fig.1 nach unten in das Fermentierungsfaß und wird von einer aus rostfreiem Stahl bestehenden Kopfplatte 44 gehalten, wobei zwischen Platte und Detektionsvorrichtung ein Gummistecker 46 angeordnet ist. Eine Gegenelektrode 48 ist an der Kopfplatte 44 elektrisch leitend befestigt und erstreckt sich nach unten bis unter die Oberfläche 50 der Flüssigkeit oder der Schaumschicht, die detektiert werden soll und eingetaucht und in ständiger elektrisch leitfähiger Verbindung mit solch einer Flüssigkeit oder einer Schaumschicht bleibt. Beim Betrieb sind die drei Endglieder der Detektionsvorrichtung 42 und der Gegenelektrode 48 mit einem passenden elektrischen Stromkreis verbunden, wobei der Erhitzer erhitzt wird und der elektrische ohmsche und/oder kapazitive Widerstand zwischen der Detektorelektrode 10 und der Gegenelektrode 48 angezeigt wird. Vorzugsweise erhitzt der Erhitzer die Detektorelektrode 10 auf eine Temperatur von 10ºC bis 50ºC über der des Dampfes in dem begrenzten Bereich 14. Wenn die Oberfläche 50 steigt, und die Spitze der Detektorelektrode 10 erreicht, wird eine Veränderung des elektrischen ohmschen oder kapazitiven Widerstandes erfaßt, wobei angezeigt wird, daß die Flüssigkeit oder die Schaumschicht die angezeigte Höhe erreicht hat. Wenn eine zu hohe Temperatur angewendet wird, besteht für die Bestandteile der Kulturlösung im Faß die Gefahr, daß sie verbrennen und an der Detektorelektrode hängen bleiben. Dies würde die Empfindlichkeit der Detektorelektrode herabsetzen.
Mit der Ummantelung 12 soll der Dampf, der die Detektorelektrode 10 umgibt, in dem begrenzten Bereich 14 gehalten werden. Wenn diese Elektrode also erhitzt wird, wird der Dampf ebenfalls erhitzt, wobei sein relativer Feuchtigkeitsgehalt verringert wird. Es wird so sicher gestellt, daß auf der Detektorelektrode 10, auf dem O-Ring 20 oder auf dem Inneren der Ummantelung 12 keine wesentliche Kondensation der Flüssigkeit entsteht, wodurch der elektrische ohmsche oder kapazitive Widerstand beeinträchtigt werden könnte. Auch beim Spritzen oder starken Schäumen im Faß ist sichergestellt, daß die umherspritzende Flüssigkeit den O-Ring 20 nicht erreicht. Jegliche Flüssigkeit, die sich auf der Ummantelung 12 oder auf die Detektorelektrode 10 niederschlägt, berührt nur deren untere Enden und läuft schnell ab. Um das Ablaufen von Flüssigkeit, die sich auf der Ummantelung 12 niederschlagen kann, noch zu unterstützen, ist das untere Ende der Ummantelung 12 angefast, wie abgebildet.
Anstatt aus Plastikmaterial kann die Ummantelung auch aus einem elektrisch leitfähigen Material hergestellt sein, wie etwa aus rostfreiem Stahl. In diesem Fall, kann die Ummantelung auch als Gegenelektrode dienen, wobei das Oberflächenniveau der Flüssigkeit oder der Schaumschicht erfaßt wird, wenn beide Elektroden mit der Flüssigkeit oder mit der Schaumschicht in Berührung kommen.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, zwei der Detektionsvorrichtungen von der Art, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind, zu verwenden, wobei die Zentrumselektrode als Gegenelektrode dient.
Die Vorrichtung gemäß Fig. 3 unterscheidet sich von der in Fig. 1 dadurch, daß der Erhitzer 52 nicht innerhalb der Zentrumselektrode 10 installiert ist, sondern daß er das obere Ende der Vorrichtung über dem Gummistecker 46, mit dem die Vorrichtung an der Platte aus rostfreiem Stahl 44 befestigt ist, umschließt. Vom Erhitzer 52 wird Hitze über die Vorrichtung 16 und über die Zentrumselektrode 10 zur Ummantelung 12 und weiter zum O-Ring 20 geleitet, so daß diese Vorrichtung auf die gleiche Weise funktioniert, wie die in Fig. 1.

Claims

1.Eine Vorrichtung zur Detektion der Oberfläche einer Flüssigkeit oder einer Schaumschicht mit einer Detektorelektrode (10), die derart angebracht ist, daß sie von der Flüssigkeit oder von der Schaumschicht berührt wird, mit einer Gegenelektrode (48) zur Herstellung von elektrischem Kontakt mit Flüssigkeit oder Schaum, wobei eine Veränderung der elektrischen Leitfähigkeit oder des elektrischen Widerstandes zwischen den Elektroden anzeigt, ob die Detektorelektrode (10) die Oberfläche der Flüssigkeit oder der Schaumschicht berührt, und mit einer Ummantelung (12), die die Detektorelektrode (10) umschließt, sowie mit einer Isolationsschicht (20,66) die die Detektorelektrode (10) gegen die Gegenelektrode (28) isoliert, gekennzeichnet durch einen Erhitzer zur Erhitzung der Detektorelektrode (10) für die Aufrechterhaltung von Dampf um die Detektorelektrode (10) und begrenzt von der Ummantelung (7) in einem ungesättigten Zustand.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (12) elektrisch nicht-leitend ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung elektrisch leitend ist und als Gegenelektrode dient.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende der Ummantelung (12) angefast ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorelektrode (10) an der Ummantelung (12) unter Verwendung wenigstens eines isolierenden O-Ringes (20 oder 66) abgestützt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Erhitzer innerhalb der Detektorelektrode angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche von 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Erhitzer das hintere Ende der Detektorelektrode umschließt.

8. Verfahren zur Detektion der Oberfläche einer Flüssigkeit oder einer Schaumschicht, bei dem eine Veränderung der elektrischen Spannung und des elektrischen Widerstandes zwischen einer Detektorelektrode, versehen mit einer Ummantelung, und derart angebracht, daß sie von der Flüssigkeit oder vom Schaum berührt wird, und mit einer Gegenelektrode, die in elektrischem Kontakt mit der Flüssigkeit oder mit dem Schaum steht, und gegen die Detektorelektrode mit isolierenden Teilen isoliert ist, angezeigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektorelektrode erhitzt wird, um den die Detektorelektrode umgebenden Dampf aufrechtzuerhalten, und durch die Ummantelung in einem ungesättigten Zustand zu halten, um die Bildung und den Niederschlag von Feuchtigkeit auf die Isolationsteile, von den die Detektorelektrode umgeben ist, zu verhindern.