WO2019234109A1 - Method and device for comminuting and breaking down a product - Google Patents
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- WO2019234109A1 WO2019234109A1 PCT/EP2019/064678 EP2019064678W WO2019234109A1 WO 2019234109 A1 WO2019234109 A1 WO 2019234109A1 EP 2019064678 W EP2019064678 W EP 2019064678W WO 2019234109 A1 WO2019234109 A1 WO 2019234109A1
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- B02C2019/183—Crushing by discharge of high electrical energy
Definitions
- the invention relates to a method and a device for cutting and shredding a good by means of the electrohydraulic effect, wherein in a container filled with a liquid by means of a pulsed current source within an underwater spark gap an impact discharge is generated substantially in the liquid.
- EP 2 771 120 B1 discloses a method and a device for material-selective disassembly of a recycled material into reusable materials by means of the electrohydraulic effect, in which an impact discharge with a discharge energy between a tank bottom side electrode and a number of tank cover side electrodes 200 J and 1500 J per electrode are generated substantially in the liquid.
- the average field strength is less than 5 kV / mm and the repetition rate of the high voltage pulses is less than 10 Flz.
- DE 10 2009 034 314 B4 discloses a method for the material-selective dismantling of a fuel cell stack with the aid of the electrohydraulic effect, in which in a first step shock waves coincide laterally with the aid of an electrode system on the adhesive surfaces of bipolar plates of the fuel cell stack a pulse energy with between 0.1 -10 J are generated, with the result that the integrity of the bond is destroyed and consequently the main components of the fuel cell stack in the form of its bipolar plates are separated. In a further step, a surface cleaning of the individual bipolar plates.
- This decomposition and cleaning process is specially designed for the material-selective decomposition of fuel cell stacks and has a two-stage design.
- This process for the recovery of materials and / or products is especially for a two-stage process, consisting of a first treatment step for pre-damage with very high pulse energy up to 50 kJ and a subsequent second step with a discharge energy up to 1000 J using a aligned with electromagnetic effect.
- a method and apparatus for purifying mineral solids, in particular of gravel and sand is known, in which the impurities from the solid by pressure waves, which by means of high-power pulses due to spark discharges on an electrode assembly in an energy range to 10,000 J, to be replaced.
- This process is specially designed for the cleaning of mineral solids, in particular the removal of superficial dirt particles, gravel and sand, for a comparatively large energy range of up to 10 kJ.
- the method is therefore particularly suitable for a surface-selective removal of impurities from solids, wherein the comminution of the solids is avoided.
- From DE 195 34 232 A1 is a method for crushing and fragmentation of non-metallic or partially metallic components conglomerated solids and for the decomposition of homogeneous non-metallic solids by the fastest possible discharge of an electrical energy storage and thus the formation of shock waves directly in the solid known, including for the separation of metal-plastic compounds or plastic ceramic compounds or a composite of metal, ceramic and plastic can be used.
- This method aims to ensure, by dimensioning an LC discharge circuit, that the voltage rise up to the breakdown voltage is sufficiently fast and the electrical breakdowns are generated essentially in the solid to be separated.
- comparatively high operating voltages and concomitantly comparatively complicated and cost-intensive generators eg Marx generators
- the invention has for its object to provide a particularly suitable method for crushing and disassembling of various goods, especially brittle Ma- materials, by means of reduced pulse energy and thus particularly gentle and cost effective. Furthermore, a particularly suitable device for cutting and shredding the goods should be specified. With regard to the method, this object is achieved according to the invention by the features of claim 1. With regard to the device, the object is achieved according to the invention by the features of claim. Advantageous developments and variants are the subject of the subclaims referenced hereto.
- a shock discharge with a pulse or discharge energy less than 100 J generated substantially in the liquid is a shock discharge with a pulse or discharge energy less than 100 J generated substantially in the liquid.
- the pulse or discharge energy is also referred to below as pulse energy for short.
- the pulse or discharge energy is between 1 J and 50 J, especially preferably between 1 J and 20 J.
- the material to be comminuted is in the container in the underwater spark gap.
- the first electrode particularly preferably forms a ground electrode and the or each second electrode in each case forms a floating-voltage electrode.
- the material is fed into the process space formed by means of the container via a laterally attached opening of the container, in particular by means of a nozzle.
- the feed takes place continuously or discontinuously.
- the removal of the comminuted or disassembled material, that is to say the comminuted or disassembled material, from the container is effected by means of a transport unit.
- tap water or distilled water is used as the liquid in which the shock discharges are generated.
- the invention is based on the consideration that the fracture behavior of a material or a composite material mainly depends on the mechanical properties of the substances involved and on the energy of the electrical breakdowns, that is to say on the pulse or discharge energy, and thus the intensity depends on the developing shockwave.
- the fracture behavior after exceeding a material-specific reaction barrier which in particular depends on a strength of the material or the composite material, is not linear, i. that in this case, with a higher pulse energy, a correspondingly more efficient comminution of materials or dismantling of material composites is or will not be realized.
- composites of brittle and ductile constituents can be processed more efficiently with pulse or discharge energies of less than 100 J in comparison with the known method from EP 2 771 120 B1 with comparatively high pulse or discharge energies (200 J-1500 J).
- the main reason for this is a greater pressure rise rate of a shock wave due to the smaller period duration of the Flochdozenssimpulses corresponding
- the pressure rise time is proportional to the root of the capacitance of the surge capacitors used to generate the high voltage pulse.
- the capacitance of the surge capacitors is directly proportional to the pulse energy.
- correspondingly smaller capacities C are required for smaller energies, which in turn leads to shorter characteristic period lengths and thus to shorter pressure rise times.
- the method according to the invention is particularly suitable for comminution or for disassembling materials with high quality requirements, in particular a purity of the disassembled or comminuted material. This is due to the fact that the wear behavior of the electrodes depends nonlinearly on the current load and the mechanical load.
- the period duration of each high-voltage pulse is or is set between 0.1 ps and 6 ps, preferably between 0.5 ps and 3 ps.
- discharge channels of the surge discharges are formed substantially in the liquid.
- the treatment of the material with a working or repetition rate ie with a number of shock discharges per second, between 20 and 100 shock discharges per second for or for each, in particular designed as a high voltage electrode, second Electrode set or adjustable.
- the number of burst discharges is between 30 and 50 per second.
- a working voltage that is to say the voltage applied to the electrodes for generating the shock discharges, is used which is less than or equal to 100 kV, preferably between 30 kV and 50 kV. This voltage range is suitable for forming the discharge channels substantially in the liquid.
- the distance between the second electrode or electrodes, in particular designed as high-voltage electrodes, and the one or more first electrode, in particular designed as ground electrodes is between 5 mm and 100 mm, preferably between 10 mm and 40 mm set.
- the distance between two adjacent second electrodes is or is set between 50 mm and 200 mm, so that an advantageously space-saving (compact) configuration of the arrangement of the electrodes is realized.
- the second electrodes each have an insulation which electrically insulates the electrode against the process liquid.
- the insulation is recessed in the region of a tip of the electrode. In other words, the free end of the respective second electrode projecting into the process liquid is exposed, ie not provided with insulation.
- the (upper) area of the non-insulated tip of one of the second electrodes, preferably each of the second electrodes, immersed in the process fluid is or is between 50 mm 2 and 15,000 mm 2 , in particular between 50 mm 2 and 500 mm 2 , set. In this way, with a pulse or discharge energy of less than 100 J, it is advantageous to avoid or at least reduce pre-discharge losses until the discharge channel is formed.
- brittle materials or products with brittle constituents such as silicates, ceramics, silicon, crystalline minerals and rock, and materials with high purity requirements, in particular glass, ceramics or semiconductor material are comminuted and / or shredded.
- material composites with brittle components such as metallurgical slags, glass-polymer composites (for example laminated safety glass, solar modules) and metal / plastic or metal / ceramic composites are comminuted and / or disassembled.
- the device for cutting and shredding a product comprises a container which can be filled with a liquid for receiving the product and means for obtaining a product. generating electrical shock discharges in the liquid.
- an electrode system which can be acted upon by a high voltage is provided and designed to generate an abrupt discharge in the liquid within a subsea spark gap between a first electrode of the electrode system and at least one second, container-cover-side electrode of the electrode system.
- the or each first electrode in each case a ground electrode and the or each second electrode each have a high voltage electrode.
- the apparatus further comprises an opening and / or a nozzle for feeding the material to be separated and / or shredded, as well as a transport unit for discharging the treated material, ie the decomposed and / or comminuted material, from the (reactor -) Container.
- a feeding of the material or the discharge of the treated material is comparatively easy. In particular, it is not necessary to remove the container lid.
- the electrode system has a number of second electrodes, in particular up to a hundred electrodes or high-voltage electrodes, preferably up to twenty electrodes or high-voltage electrodes, advantageously up to four electrodes or high-voltage electrodes.
- the electrode system has the first electrode or alternatively the first electrode and additionally further, in particular formed as ground electrodes, first electrodes.
- the first electrodes and the second electrodes are arranged in particular in pairs and spatially opposite to each other container top and bottom side, wherein the second electrodes are preferably arranged on the container lid side.
- both the first and the first electrodes and the second electrodes are arranged on the container lid side.
- a plurality of second electrodes or high-voltage electrodes are appropriately discharged to the same first electrode or ground electrode.
- the electrode system consists in summary of one or more high-voltage electrodes and one or more ground electrodes.
- a working voltage applied to the electrodes for generating the shock discharges is set at least or equal to 100 kV, preferably between 30 kV and 50 kV, or can be adjusted.
- the material is or is introduced into the process space formed by the container via a side-mounted opening of the container and / or through a nozzle continuously or discontinuously.
- the removal of the shredded or disassembled material is carried out continuously or discontinuously by means of a transport unit from the container.
- the transport unit is designed according to an embodiment as a conveyor belt, according to an alternative embodiment as a pump for producing a water flow.
- the water flow generated by the pump detects the decomposed material and carries it out of the container.
- the discharge product can be selected with regard to its shape, size and / or density.
- the removal of the decomposed and / or comminuted material from the process space of the container is realized by means of a floor.
- the floor is for this purpose inclined against the balance and additionally or alternatively formed as a sieve tray.
- a conveyor belt is provided in addition to the floor, which is designed in particular as a sieve bottom.
- the sieve bottom is advantageously suitable for the reduction of homogeneous materials to a defined target grain size.
- a combination of the conveyor belt, the pump, and / or the bottom for discharging the disassembled or comminuted material is provided.
- a pulse or discharge energy in particular as working energy, is less than 1500 J, preferably set or adjustable between 200 J and 1500 J.
- the pulse or discharge energy is less than 100 J, preferably between 1 J and 50 J, more preferably between 1 J and 20 J, set or adjustable.
- the device is then provided and set up to carry out the method in one of the variants presented above. The explanations on the method described above then apply correspondingly to the device.
- the conveyor belt due to the low mechanical stress due to the relatively small pulse or discharge energy directly as a first electrode, in particular as a ground electrode, usable.
- 1 is a simplified circuit diagram of a device for crushing and cutting a good with a container with lid-side Flochschreibs- electrodes, wherein a discharge of the crushed and decomposed material is realized by means of a sloping and formed as a ground electrode bottom and by means of a conveyor belt
- 2 shows an alternative embodiment of the device, the bottom being designed as a sieve bottom and ground electrodes being arranged on the bottom,
- FIG. 3 shows a further alternative embodiment of the device, wherein the transport unit for discharging the decomposed and / or comminuted material is a pump for Fier ein a volume flow, and Fig. 4 shows schematically one of the Flochdozensselektroden with a non-insulated tip.
- FIG. 1 shows schematically a device 2 for cutting and shredding a good by means of the electrohydraulic effect.
- This has a filled with a liquid F (reactor) container 8 for receiving the not further shown material on.
- the container 4 here has a container lid 6 and a container body 8 formed, for example, of stainless steel, by means of which a process space is formed. In this case, the container body 8 is designed without inner wall insulation.
- a number of rod-shaped second electrodes 10 are arranged, of which three are shown by way of example. These second electrodes 10 are formed as Flochschreibselektro- the.
- the second electrodes 10 are arranged equidistant from each other and inserted or integrated into the container lid 6.
- the bottom 12 protrudes from a wall 14 of the container body 8 into the process space, so that the bottom 12 is arranged below the second electrodes 10.
- the container 4 has an opening 16, which is attached laterally to the lid-side second electrodes 10 and through which the material to be separated and / or shredded can be introduced into the container 4 continuously or discontinuously.
- the opening 16 is provided with a connection 17.
- the material to be separated and / or comminuted can be introduced into the process space between the second electrodes 10 and the first electrode 9, that is, below the second electrodes 10.
- the wall 14 is inclined in the region of the opening 16 to the outside of the container, so that the feeding of the material into the process area between the electrodes 9 and 10 is facilitated due to the inclination.
- the second electrodes 10 are connected to a capacitor 18 via a high voltage switch S1. Furthermore, the second electrodes 10 by means of a safety disconnect switch S2 to ground or ground potential feasible. In this case, a safety disconnect switch S2 and in each case a capacitor 18 is suitably provided for each of the second electrodes 10.
- the or each capacitor 18 is charged by means of a charger 20 via an ohmic resistor 22.
- the first electrode 9 is guided to ground or ground potential. In this way, a working voltage is set at the electrodes 9, 10 which is less than or equal to 100 kV in order to generate an electrical shock discharge within an underwater spark gap between the first electrode 9 and the second electrodes 10.
- the pulse or discharge energy of each surge discharge is less than 1500 J, preferably set or adjustable between 200 J and 1500 J. Alternatively, the pulse or discharge energy is less than 100 J, in particular between 1 J and 50 J, preferably between 1 J and 20 J, set.
- the second electrodes 10 When generating an electrical surge discharge, the second electrodes 10 are discharged to the first electrode 9. Thus, an electrical breakdown takes place between the high-voltage electrodes and the ground electrode. The resulting pressure wave propagates in the liquid F, which is carried out as water, and leads to the comminution or decomposition of the material.
- the means for generating the electrical shock discharges comprise the electrode system 23 comprising the first electrode 9 and the second electrodes, the capacitor 18, the floss voltage switch S1 and the charger 20.
- the removal of the disassembled and / or comminuted material from the process space P of the container 4 takes place on the basis of the inclined bottom 12, and by means of a transport unit 24, which is designed here as a conveyor belt 26.
- the bottom 12 is inclined to the horizontal, so that the disassembled or comminuted material is transferred to the conveyor belt 26.
- the container lid 6 closes the container body 8 with the exception of the opening 16 and a further opening 28 for the conveyor belt 26th
- the first electrode 9 or a plurality of first electrodes 9 are likewise arranged in the container lid 6, in particular integrated.
- FIG. 2 shows an alternative embodiment of the device 2, wherein for the sake of clarity, the interconnection of the electrodes 9 and 10 formed analogously to the embodiment of the device according to FIG. 1 is not shown.
- the bottom 12 is oriented horizontally.
- ground electrodes forming first electrodes 9 are arranged.
- the first electrodes are integrally formed on the bottom 12.
- the bottom 12 is further formed as a sieve bottom, so that the decomposed and crushed material corresponding grain size passes through the sieve bottom 12 on the underlying portion of the conveyor belt 26.
- FIG. 3 shows a further alternative embodiment of the device 2.
- the water volume flow is generated by means of a pump 30 forming the transport unit 24, which entrains the comminuted material and thus removes it from the process area between the electrodes 9 and 10 to a further transport unit designed as conveyor belt 26 (rinsing).
- a pump 30 forming the transport unit 24, which entrains the comminuted material and thus removes it from the process area between the electrodes 9 and 10 to a further transport unit designed as conveyor belt 26 (rinsing).
- the size of the purged particles can be influenced. For example, grain sizes in the range 1-5000 .mu.m can be produced in this way and removed from the container 4 by means of a water volume flow. Subsequently, the decomposed material can be classified and dried as needed.
- FIG. 4 shows a detail of the container 4 with a second electrode 10 arranged on the container lid side, which uses a pulse or discharge energy of less than 100 J, in particular between 1 J and 50 J, preferably between 1 J and 20 J. becomes.
- This has an insulation 31, which electrically isolates the second electrode 10 from the process liquid, except in the region of an (electrode) tip 32.
- the (upper) surface of the liquid F dotted into the surface is dotted and uninsulated tip 32 between 50 mm 2 and 15,000 mm 2 , in particular between 50 mm 2 and 500 mm 2 , set. It lies opposite one of the first electrodes 9, wherein the distance between the first electrode 9 and the second electrode 10 is set between 10 mm and 40 mm.
- the device 2 allows the continuous or discontinuous disassembly of electronic waste such as mobile phones or printed circuit boards.
- the lid side in the container formed as high-voltage electrodes second electrodes 10 are arranged, which during the Treatment process cyclically arranged to the container bottom side and formed as ground electrodes first Electrode 9 and first electrodes 9 discharged.
- the maximum number of high voltage electrodes is 100.
- the pulse energy is between 200 J and 1500 J per electrode pair, consisting of one of the high voltage electrodes and one of the ground electrodes, at a working voltage of less than 100 kV.
- the removal of the disassembled mobile telephone components takes place in accordance with the respective configuration of the device 2 on the basis of the inclined and / or bottom plate 12, the water scavenging flow, the conveyor belt 26 or, alternatively, by means of a combination of these discharge mechanisms.
- a method for disassembling and comminuting the product by means of the electrohydraulic effect in the container 4 filled with a liquid of the device, which is embodied according to one of the embodiments of FIGS. 1 to 3, within an underwater spark gap between the first Elec- erode 9 or the first electrode 10 and the second electrode 10 and the second electrode 10 generates a surge discharge with a pulse or discharge energy less than 100 J substantially in the liquid.
- the material to be shredded lies in the container 4 in the underwater spark gap.
- the second electrodes 10 are formed as shown in FIG. 4, so the (top) surface of the (electrode) tips 32 is set between 50 mm 2 and 15,000 mm 2 .
- the distance between two adjacent second electrodes 10 is set between 50 mm and 200 mm, and the distance between the second electrodes 10 and the first electrode or electrodes 9 is set between 5 mm and 100 mm.
- each high-voltage pulse ie the duration of the respective high-voltage pulse for generating the surge discharge
- the period duration of each high-voltage pulse is set between 0.1 ps and 6 ps, the number of surge discharges of the or each second electrode 10 being between 20 and 100 (surge discharges) per second. wearing.
- a working voltage which is applied to the electrodes 9 and 10, is set smaller or equal to 100 kV in order to generate the surge discharges.
- the efficient comminution of homogeneous, brittle materials such as silicon is made possible.
- the main dimension of the input material that is, the silicon pieces formed as semiconductor pieces, is preferably between 10 and 100 mm.
- the pieces of silicon to be comminuted are introduced into the (reactor) container 4 together with the liquid medium, preferably tap water or demineralized water. Due to the pulse energy less than 100 J and the resulting reduced mechanical stress on the components of the device 2, it is possible to produce the container 4 made of plastic.
- the supply (charging) of the silicon pieces via the side of the container attached to the nozzle 17 for material supply.
- the container 4 is closed with the (container) cover 6, in which the electrode system 23 and a vent pipe are integrated.
- the electrode system 23 comprises a plurality of second electrodes 10 designed as high-voltage electrodes, so that the largest possible, in particular large-area, (treatment area) process area is realized in the container 4.
- the first electrodes 9 designed as ground electrodes are either likewise integrated in the container lid 6 or alternatively in the base 12.
- the distance between each electrode pair consisting of one of the second electrodes 10 and the or one of the first electrodes 9 is set between 10 mm and 40 mm.
- the distance between two adjacent second electrodes is set between 50 mm and 200 mm.
- Underwater spark gaps are formed on the basis of the high voltage and ground electrodes, in which by means of the pulse generator, which is formed by the charger 20, the capacitor 18 and the high voltage switch S1, cyclic discharge with a pulse rate (repetition rate, pulse frequency) per high voltage electrode between 20 and 100 discharges per second and a pulse or discharge energy between 20 J and 100 J are generated.
- the working voltage for generating the shock discharges is set between 30 kV and 50 kV.
- the period duration of each high-voltage pulse is set between 0.5 ps and 3 ps.
- the pressure wave which arises following the electrical breakdown between the high-voltage and ground electrodes 10 and 9 propagates in the water and leads to the comminution of the silicon pieces.
- the sieve bottom 12 allows the discharge of the silicon according to the required target grain size, which is for example 1 mm. Downstream of the sieve is a conveyor belt 26 designed as a so-called bunker conveyor, which conveys the comminuted material fraction out of the water bath. Subsequently, the silicon grain produced can be dried and classified as needed.
- the method and the device 2 are suitable according to the second embodiment shown below for the efficient disassembly of glass polymer composites such as solar modules.
- a complete solar module or pre-shredded pieces of the solar module are placed in the container 4 filled with the (process) liquid F, preferably demineralized water.
- the polymer film as well as the metal contacts remain largely in their original size.
- the detached glass and the semiconductor material can be removed from the process space with the aid of the sieve bottom 12 and discharged with a downstream conveyor belt 26.
- the coarse pieces, that is, comparatively large, polymer film and the metal contacts can be transported continuously or discontinuously out of the container 4 by a flush of water and discharged by means of a downstream conveyor belt 26.
- a coarse, low-contamination glass fraction, a semiconductor fraction rich in fine fraction and a coarse fraction of polymer films and metal contacts can be separated and then dried if necessary.
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Abstract
Description
Beschreibung description
Verfahren und Vorrichtung zum Zerkleinern und Zerlegen eines Gutes Method and device for crushing and cutting a good
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zerlegen und Zer- kleinern eines Gutes mittels des elektrohydraulischen Effektes, bei dem in einem mit einer Flüssigkeit befüllten Behälter mittels einer Impulsstromquelle innerhalb einer Unterwasserfunkenstrecke eine Stoßentladung im Wesentlichen in der Flüs- sigkeit erzeugt wird. Aus der EP 2 771 120 B1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum materialse- lektiven Zerlegen eines Recyclinggutes in wiederverwertbare Materialien mittels des elektrohydraulischen Effektes bekannt, bei dem zwischen einer behälterbo- denseitigen Elektrode und einer Anzahl von behälterdeckelseitig angeordneten Elektroden eine Stoßentladung mit einer Entladungsenergie zwischen 200 J und 1500 J je Elektrode im Wesentlichen in der Flüssigkeit erzeugt werden. Dabei ist die mittlere Feldstärke kleiner als 5 kV/mm und die Wiederholrate der Hochspan- nungsimpulse kleiner als 10 Flz. Konkret werden die Anwendungen des Verfah- rens und der Vorrichtung auf Elektroschrott, beschichtete Metallfolien, Leiterplat ten und Akkumulatoren beschrieben. The invention relates to a method and a device for cutting and shredding a good by means of the electrohydraulic effect, wherein in a container filled with a liquid by means of a pulsed current source within an underwater spark gap an impact discharge is generated substantially in the liquid. EP 2 771 120 B1 discloses a method and a device for material-selective disassembly of a recycled material into reusable materials by means of the electrohydraulic effect, in which an impact discharge with a discharge energy between a tank bottom side electrode and a number of tank cover side electrodes 200 J and 1500 J per electrode are generated substantially in the liquid. The average field strength is less than 5 kV / mm and the repetition rate of the high voltage pulses is less than 10 Flz. Specifically, the applications of the method and the device to electronic waste, coated metal foils, printed circuit boards and accumulators are described.
Aus der DE 10 2009 034 314 B4 ist ein Verfahren zur materialselektiven Zerle- gung eines Brennstoffzellenstacks mit Hilfe des elektrohydraulischen Effekts be- kannt, bei dem in einem ersten Schritt mittels eines Elektrodensystems gezielt seitlich auf die Klebeflächen von Bipolarplatten des Brennstoffzellenstacks treffen- de Schockwellen mit einer Impulsenergie mit zwischen 0,1 -10 J erzeugt werden mit der Folge, dass die Integrität der Verklebung zerstört und demzufolge die Hauptkomponenten des Brennstoffzellenstacks in Form dessen Bipolarplatten se- pariert werden. In einem weiteren Schritt erfolgt eine Oberflächenreinigung der einzelnen Bipolarplatten. Dieses Zerlegungs- und Reinigungsverfahren ist speziell auf die materialselektive Zerlegung von Brennstoffzellenstacks ausgerichtet und zweistufig ausgebildet. Aus der US 2012/0132732 A1 ist ein zweistufiges Verfahren bzw. eine Vorrichtung zur Rückgewinnung von Materialien und/oder Produkten mittels elektrischer Entla- dungen bekannt, bei dem in einem ersten Schritt mit Hilfe von elektrischen Entla- dungen mit 600-50000 J mechanischen Schockwellen hervorgerufen werden, die eine Vorschädigung des Materials hervorrufen. In einem zweiten Schritt erfolgt dann eine selektive Fragmentierung des Materials mittels eines durch elektrische Entladungen mit bis zu 1000 J hervorgerufenen elektromagnetischen Effektes. Anwendungsgebiete des Verfahrens/der Vorrichtung sind beispielsweise Minerale, Erz, Elektro-Schrott, Komposite, Carbonfasern, PV-Module, Displays. Dieses Ver- fahren zur Rückgewinnung von Materialien und/oder Produkten ist speziell auf einen zweistufigen Prozess, bestehend aus einem ersten Behandlungsschritt zur Vorschädigung mit sehr hohen Pulsenergie bis zu 50 kJ und einem anschließen- den zweiten Schritt mit einer Entladeenergie bis 1000 J unter Nutzung eines elekt- romagnetischen Effektes ausgerichtet. Aus der DE 19727534 C2 ist ein Verfahren und Vorrichtung zum Reinigen von mineralischen Feststoffen, insbesondere von Kies und Sand, bekannt, bei dem die Verunreinigungen vom Feststoff durch Druckwellen, welche mittels Hochleis- tungspulsen infolge von Funkenentladungen an einer Elektrodenanordnung in ei- nem Energiebereich bis 10.000 J, abgelöst werden. DE 10 2009 034 314 B4 discloses a method for the material-selective dismantling of a fuel cell stack with the aid of the electrohydraulic effect, in which in a first step shock waves coincide laterally with the aid of an electrode system on the adhesive surfaces of bipolar plates of the fuel cell stack a pulse energy with between 0.1 -10 J are generated, with the result that the integrity of the bond is destroyed and consequently the main components of the fuel cell stack in the form of its bipolar plates are separated. In a further step, a surface cleaning of the individual bipolar plates. This decomposition and cleaning process is specially designed for the material-selective decomposition of fuel cell stacks and has a two-stage design. From US 2012/0132732 A1 a two-stage process or a device for the recovery of materials and / or products by means of electrical discharges is known, in which in a first step with the help of electrical discharges with 600-50000 J mechanical shock waves be caused, causing a pre-damage of the material. In a second step, a selective fragmentation of the material then takes place by means of an electromagnetic effect produced by electrical discharges of up to 1000 J. Areas of application of the method / apparatus are, for example, minerals, ore, electrical scrap, composites, carbon fibers, PV modules, displays. This process for the recovery of materials and / or products is especially for a two-stage process, consisting of a first treatment step for pre-damage with very high pulse energy up to 50 kJ and a subsequent second step with a discharge energy up to 1000 J using a aligned with electromagnetic effect. From DE 19727534 C2 a method and apparatus for purifying mineral solids, in particular of gravel and sand, is known, in which the impurities from the solid by pressure waves, which by means of high-power pulses due to spark discharges on an electrode assembly in an energy range to 10,000 J, to be replaced.
Dieses Verfahren ist speziell auf die Reinigung mineralischer Feststoffe, insbe- sondere dem Abtrag von oberflächlichen Dreckpartikeln Kies und Sand, für einen vergleichsweise großen Energiebereich bis zu 10 kJ ausgelegt. Das Verfahren ist somit vor allem für einen oberflächenselektiven Abtrag von Verunreinigungen von Feststoffen geeignet, wobei die Zerkleinerung der Feststoffe vermieden wird. This process is specially designed for the cleaning of mineral solids, in particular the removal of superficial dirt particles, gravel and sand, for a comparatively large energy range of up to 10 kJ. The method is therefore particularly suitable for a surface-selective removal of impurities from solids, wherein the comminution of the solids is avoided.
Aus DE 195 34 232 A1 ist ein Verfahren zur Zerkleinerung und Zertrümmerung von aus nicht metallischen oder teilweise metallischen Bestandteilen konglomerierten Festkörpern und zur Zerlegung homogener nicht metallischer Festkörper durch möglichst schnelle Entladung eines elektrischen Energiespei- chers und damit der Ausbildung von Schockwellen direkt im Festkörper bekannt, das auch zur Auftrennung von Metall-Kunststoffverbindungen oder Kunststoff- Keramikverbindungen oder eines Verbundes aus Metall, Keramik und Kunststoff verwendet werden kann. Dieses Verfahren zielt darauf ab, durch Dimensionierung eines LC-Entladekreises sicherzustellen, dass der Spannungsanstieg bis zur Durchbruchspannung hinreichend schnell ist und die elektrischen Durchschläge im Wesentlichen im zu zerlegenden Festkörper erzeugt werden. Um entsprechend hohe Spannungsanstiege zu realisieren, sind vergleichsweise hohe Arbeitsspan- nungen und damit einhergehend vergleichsweise aufwendigen und kostenintensi- ven Generatoren (z.B. Marx-Generatoren) notwendig. From DE 195 34 232 A1 is a method for crushing and fragmentation of non-metallic or partially metallic components conglomerated solids and for the decomposition of homogeneous non-metallic solids by the fastest possible discharge of an electrical energy storage and thus the formation of shock waves directly in the solid known, including for the separation of metal-plastic compounds or plastic ceramic compounds or a composite of metal, ceramic and plastic can be used. This method aims to ensure, by dimensioning an LC discharge circuit, that the voltage rise up to the breakdown voltage is sufficiently fast and the electrical breakdowns are generated essentially in the solid to be separated. In order to realize correspondingly high voltage increases, comparatively high operating voltages and concomitantly comparatively complicated and cost-intensive generators (eg Marx generators) are necessary.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zum Zerkleinern und Zerlegen von verschiedenen Gütern, vor allem spröden Ma- terialien, mittels reduzierter Pulsenergie und damit besonders schonend und kos- tengünstig anzugeben. Des Weiteren soll eine besonders geeignete Vorrichtung zum Zerlegen und Zerkleinern des Gutes angegeben werden. Bezüglich des Verfahrens wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe erfin- dungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 7. Vorteilhafte Weiterbil- dungen und Varianten sind Gegenstand der hierauf rückbezogenen Unteransprü- che. The invention has for its object to provide a particularly suitable method for crushing and disassembling of various goods, especially brittle Ma- materials, by means of reduced pulse energy and thus particularly gentle and cost effective. Furthermore, a particularly suitable device for cutting and shredding the goods should be specified. With regard to the method, this object is achieved according to the invention by the features of claim 1. With regard to the device, the object is achieved according to the invention by the features of claim. Advantageous developments and variants are the subject of the subclaims referenced hereto.
Beim Verfahren zum Zerlegen und Zerkleinern eines Gutes mittels des elektrohyd- raulischen Effektes, wird in einem mit einer Flüssigkeit befüllten Behälter mittels einer Impulsstromquelle innerhalb einer Unterwasserfunkenstrecke zwischen einer auch als Gegenelektrode bezeichneten ersten Elektrode und mindestens einer zweiten Elektrode eine Stoßentladung mit einer Puls- oder Entladungsenergie kleiner 100 J im Wesentlichen in der Flüssigkeit erzeugt. Die Puls- oder Entla- dungsenergie wird im Folgenden auch kurz als Pulsenergie bezeichnet. Vorzugs- weise beträgt die Puls- oder Entladungsenergie zwischen 1 J und 50 J, besonders bevorzugt zwischen 1 J und 20 J. Dabei liegt das zu zerkleinernde Gut im Behälter in der Unterwasserfunkenstrecke ein. Besonders bevorzugt bildet dabei die erste Elektrode eine Masseelektrode und die oder jede zweite Elektrode jeweils eine Flochspannungselektrode. In the method for disassembling and comminuting a good by means of the electrohydraulic effect, in a container filled with a liquid by means of a pulse current source within an underwater spark gap between a designated also as a counter electrode first electrode and at least one second electrode is a shock discharge with a pulse or discharge energy less than 100 J generated substantially in the liquid. The pulse or discharge energy is also referred to below as pulse energy for short. Preferably, the pulse or discharge energy is between 1 J and 50 J, especially preferably between 1 J and 20 J. In this case, the material to be comminuted is in the container in the underwater spark gap. In this case, the first electrode particularly preferably forms a ground electrode and the or each second electrode in each case forms a floating-voltage electrode.
Zweckmäßigerweise erfolgt die Zuführung des Materials in den mittels des Behäl- ters gebildeten Prozessraum über eine seitlich angebrachte Öffnung des Behäl- ters, insbesondere mittels eines Stutzens. Beispielsweise erfolgt die Zuführung kontinuierlich oder diskontinuierlich. Die Abführung des zerkleinerten bzw. zerleg- ten Materials, also des zerkleinerten bzw. zerlegten Gutes, aus dem Behälter er- folgt mittels einer Transporteinheit. Expediently, the material is fed into the process space formed by means of the container via a laterally attached opening of the container, in particular by means of a nozzle. For example, the feed takes place continuously or discontinuously. The removal of the comminuted or disassembled material, that is to say the comminuted or disassembled material, from the container is effected by means of a transport unit.
Geeigneterweise wird als Flüssigkeit, in der die Stoßentladungen erzeugt werden, Leitungswasser oder destilliertes Wasser verwendet. Conveniently, tap water or distilled water is used as the liquid in which the shock discharges are generated.
Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass das Bruchverhalten eines Mate- rials oder eines Materialverbundes hauptsächlich von den mechanischen Eigen- schaften der beteiligten Stoffe sowie von der Energie der elektrischen Durchschlä- ge, also von der Puls- oder Entladungsenergie, und somit der Intensität der sich ausbildenden Schockwelle abhängt. Insbesondere bei spröden Werkstoffen ist dabei das Bruchverhalten nach einem Überschreiten einer materialspezifischen Reaktionsbarriere, welche insbesondere von einer Festigkeit des Materials bzw. des Materialverbundes abhängig ist, nicht linear, d.h. dass in diesem Falle mit ei- ner höheren Pulsenergie nicht eine entsprechend effizientere Zerkleinerung von Materialien bzw. Zerlegung von Materialverbunden realisiert ist oder wird. The invention is based on the consideration that the fracture behavior of a material or a composite material mainly depends on the mechanical properties of the substances involved and on the energy of the electrical breakdowns, that is to say on the pulse or discharge energy, and thus the intensity depends on the developing shockwave. In particular, in the case of brittle materials, the fracture behavior after exceeding a material-specific reaction barrier, which in particular depends on a strength of the material or the composite material, is not linear, i. that in this case, with a higher pulse energy, a correspondingly more efficient comminution of materials or dismantling of material composites is or will not be realized.
Vorteilhafterweise können Verbundwerkstoffe aus spröden und duktilen Bestand- teilen sich mit Puls- oder Entladungsenergien kleiner 100 J im Vergleich zum be- kannten Verfahren aus EP 2 771 120 B1 mit vergleichsweise hohen Puls- oder Entladungsenergien (200 J -1500 J) effizienter aufbereitet werden. Der Haupt- grund dafür liegt in einer stärkeren Druckanstiegsgeschwindigkeit einer Schock- welle infolge der kleineren Periodendauer des Flochspannungsimpulses entspre- chend den vergleichsweise kleinen Puls- oder Entladungsenergien von weniger als 100 J. Die Druckanstiegszeit ist proportional zur Wurzel aus der Kapazität von zur Erzeugung des Hochspannungsimpulses herangezogenen Stoßkondensato- ren. Dabei ist die Kapazität der Stoßkondensatoren direkt proportional zur Puls- energie. Somit werden für kleinere Energien entsprechend kleinere Kapazitäten C benötigt, was wiederum zu kürzeren charakteristischen Periodendauern und damit zu kürzeren Druckanstiegszeiten führt. Bei der Zerkleinerung bzw. Zerlegung von Materialverbunden mit unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften kann an- hand der Anpassung der Pulsenergie und damit einhergehend anhand der Anpas- sung der Druckanstiegsgeschwindigkeit eine selektive Beanspruchung, also eine selektive Zerlegung oder Zerkleinerung, der niederfesten bzw. spröden Bestand- teile erreicht werden. Höherfeste bzw. vergleichsweise stark duktile Bestandteile werden hingegen nur gering beansprucht. Insbesondere verbleiben derartige Be- standteile somit in ihrer Ausgangsform bzw. in ihrer Ausgangsgröße. Dies stellt einen qualitativen Fortschritt bei der Trennung von Verbundwerkstoffen mit sprö- den Bestandteilen dar. Advantageously, composites of brittle and ductile constituents can be processed more efficiently with pulse or discharge energies of less than 100 J in comparison with the known method from EP 2 771 120 B1 with comparatively high pulse or discharge energies (200 J-1500 J). The main reason for this is a greater pressure rise rate of a shock wave due to the smaller period duration of the Flochspannungsimpulses corresponding The pressure rise time is proportional to the root of the capacitance of the surge capacitors used to generate the high voltage pulse. The capacitance of the surge capacitors is directly proportional to the pulse energy. Thus, correspondingly smaller capacities C are required for smaller energies, which in turn leads to shorter characteristic period lengths and thus to shorter pressure rise times. In the comminution or decomposition of material composites with different mechanical properties, selective adjustment, ie selective decomposition or comminution, of the low-strength or brittle constituents can be achieved by adapting the pulse energy and, consequently, by adapting the pressure increase rate become. Higher strength or comparatively strong ductile components, however, are only slightly stressed. In particular, such components thus remain in their original form or in their original size. This represents a qualitative advance in the separation of composites with brittle components.
Zusätzlich zur Selektivität der Zerlegung ergeben sich weitere Vorteile bei der An- wendung des Verfahrens mit Pulsenergien kleiner 100 J. So ist eine höhere Zer- kleinerungs- bzw. Energieeffizienz bei der Herstellung von feinen Zielkörnungen bis unter 10 pm und ein vergleichsweise einfacher apparativer Aufbau aufgrund der geringeren mechanischen Belastung der Anlagenkomponenten infolge der Pulsenergie kleiner 100 J ermöglicht. Weiterhin sind aufgrund der Verwendung von Pulsenergien kleiner 100 J vergleichsweise einfach aufgebaute und entspre- chend kostensparende Kondensatoren bzw. Kondensatorbänke zur Erzeugung der Stoßentladungen verwendbar. Damit einhergehend sind Investitionskosten vorteilhafterweise verringert. Des Weiteren ist das erfindungsgemäße Verfahren durch die reduzierte Strombelastung (Stromdichte) und geringe mechanische Be- lastung der Elektroden besonders geeignet für die Zerkleinerung bzw. für die Zer- legung von Materialien mit hohen Qualitätsanforderungen, insbesondere einer Reinheit des zerlegten bzw. zerkleinerten Gutes. Dem liegt die Tatsache zugrun- de, dass das Verschleißverhalten der Elektroden nichtlinear von der Strombelas- tung und der mechanischen Belastung abhängt. Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens wird bzw. ist die Peri- odendauer jedes Hochspannungsimpulses zwischen 0,1 ps und 6 ps, vorzugswei- se zwischen 0,5 ps und 3 ps eingestellt. Geeigneterweise werden bei einer sol- chen Periodendauer Entladungskanäle der Stoßentladungen im Wesentlichen in der Flüssigkeit ausgebildet. In addition to the selectivity of the decomposition, there are further advantages in the application of the method with pulse energies of less than 100 J. Thus, a higher decomposition or energy efficiency in the production of fine target granules of less than 10 pm and a comparatively simple apparatus construction is due the lower mechanical load of the system components due to the pulse energy less than 100 J allows. Furthermore, because of the use of pulse energies of less than 100 J, comparatively simple and correspondingly cost-saving capacitors or capacitor banks can be used to generate the surge discharges. Along with this, investment costs are advantageously reduced. Furthermore, due to the reduced current load (current density) and low mechanical loading of the electrodes, the method according to the invention is particularly suitable for comminution or for disassembling materials with high quality requirements, in particular a purity of the disassembled or comminuted material. This is due to the fact that the wear behavior of the electrodes depends nonlinearly on the current load and the mechanical load. According to an expedient embodiment of the method, the period duration of each high-voltage pulse is or is set between 0.1 ps and 6 ps, preferably between 0.5 ps and 3 ps. Suitably, during such a period, discharge channels of the surge discharges are formed substantially in the liquid.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist die Behandlung des Gutes mit einer Arbeits- bzw. Wiederholrate (Wiederholfrequenz), also mit einer Anzahl der Stoßentladungen pro Sekunde, zwischen 20 und 100 Stoßentladungen pro Sekunde für die oder für jede, insbesondere als Hochspannungselektrode ausgebildete, zweite Elektrode eingestellt oder einstellbar. Geeigneterweise ist die Anzahl der Stoßentladungen zwischen 30 und 50 pro Sekunde. Weiterhin wird zusätzlich oder alternativ hierzu eine Arbeitsspannung, also die an den Elektroden angelegte Spannung zur Erzeugung der Stoßentladungen, ver- wendet, welche kleiner oder gleich 100 kV, vorzugsweise zwischen 30 kV und 50 kV, ist. Dieser Spannungsbereich ist zur Ausbildung der Entladungskanäle im We- sentlichen in der Flüssigkeit geeignet. Insbesondere sind aufgrund der Verwen- düng einer solchen vergleichsweise kleinen Arbeitsspannung keine aufwendigen und kostenintensiven Generatoren (z.B. Marx-Generatoren) zur Spannungsver- vielfachung notwendig, wie beispielsweise beim Verfahren der eingangs erwähn- ten DE 195 34 232 A1 notwendig ist. Dabei ist oder wird gemäß einer geeigneten Ausgestaltung der Abstand zwischen der bzw. den, insbesondere als Hochspannungselektroden ausgebildeten, zweiten Elektroden und der bzw. den, insbesondere als Masseelektroden ausgebildeten, ersten Elektroden zwischen 5 mm und 100 mm, vorzugsweise zwischen 10 mm und 40 mm eingestellt. Insbesondere zusammen mit der Arbeitsspannung kleiner als 100 KV, hat dies zur Folge, dass auch eine vergleichsweise geringe elektri sche Feldstärke zwischen den ersten und den zweiten Elektroden auftritt. Zusätzlich oder alternativ ist oder wird der Abstand zwischen zwei benachbarten zweiten Elektroden zwischen 50 mm und 200 mm eingestellt, so dass eine vorteil haft platzsparende (kompakte) Ausgestaltung der Anordnung der Elektroden reali- siert ist. According to an advantageous embodiment of the method, the treatment of the material with a working or repetition rate (repetition frequency), ie with a number of shock discharges per second, between 20 and 100 shock discharges per second for or for each, in particular designed as a high voltage electrode, second Electrode set or adjustable. Suitably, the number of burst discharges is between 30 and 50 per second. Furthermore, in addition or as an alternative to this, a working voltage, that is to say the voltage applied to the electrodes for generating the shock discharges, is used which is less than or equal to 100 kV, preferably between 30 kV and 50 kV. This voltage range is suitable for forming the discharge channels substantially in the liquid. In particular, due to the use of such a comparatively small working voltage, no complicated and expensive generators (eg Marx generators) are required for voltage multiplication, as is necessary, for example, in the method of DE 195 34 232 A1 mentioned in the introduction. In this case, according to a suitable embodiment, the distance between the second electrode or electrodes, in particular designed as high-voltage electrodes, and the one or more first electrode, in particular designed as ground electrodes, is between 5 mm and 100 mm, preferably between 10 mm and 40 mm set. In particular, together with the working voltage less than 100 KV, this has the consequence that a comparatively low electrical cal field strength between the first and the second electrodes occurs. Additionally or alternatively, the distance between two adjacent second electrodes is or is set between 50 mm and 200 mm, so that an advantageously space-saving (compact) configuration of the arrangement of the electrodes is realized.
Die zweiten Elektroden weisen jeweils eine Isolation auf, welche die Elektrode elektrisch gegen die Prozessflüssigkeit isoliert. Dabei ist die Isolation im Bereich einer Spitze der Elektrode ausgespart. Mit anderen Worten ist das in die Prozess- flüssigkeit ragende Freiende der jeweiligen zweiten Elektrode freiliegend, also nicht mit einer Isolation versehen. Dabei wird oder ist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung die (Ober-)Fläche der in die Prozessflüssigkeit eintauchenden, nicht isolierten Spitze einer der zweiten Elektroden, vorzugsweise jeder der zweiten Elektroden zwischen 50 mm2 und 15.000 mm2, insbesondere zwischen 50 mm2 und 500 mm2, eingestellt. Auf diese Weise sind bei einer Puls- oder Entladungs- energie kleiner 100 J vorteilhaft Vorentladungsverluste bis zur Ausbildung des Ent- ladungskanals vermieden oder zumindest verringert. Zudem ist ein vergleichswei- se stabiles Zündverhalten und damit einhergehend ein vergleichsweise robuster Zerkleinerungsprozess realisiert. Auch in Bezug auf die Robustheit des Prozesses hinsichtlich der elektrischen Leitfähigkeit der (Prozess-)Flüssigkeit wirkt sich ein Aufbau mit kleinen, spitzen Arbeitselektroden vorteilhaft aus. The second electrodes each have an insulation which electrically insulates the electrode against the process liquid. The insulation is recessed in the region of a tip of the electrode. In other words, the free end of the respective second electrode projecting into the process liquid is exposed, ie not provided with insulation. In this case, according to an advantageous development, the (upper) area of the non-insulated tip of one of the second electrodes, preferably each of the second electrodes, immersed in the process fluid is or is between 50 mm 2 and 15,000 mm 2 , in particular between 50 mm 2 and 500 mm 2 , set. In this way, with a pulse or discharge energy of less than 100 J, it is advantageous to avoid or at least reduce pre-discharge losses until the discharge channel is formed. In addition, a comparatively stable ignition behavior and, concomitantly, a comparatively robust comminution process are realized. Also with regard to the robustness of the process with respect to the electrical conductivity of the (process) liquid, a construction with small, pointed working electrodes has an advantageous effect.
Mittels des Verfahrens ist vorteilhafterweise die Aufarbeitung von Materialien bzw. Materialverbunden ermöglicht. Hierbei werden spröde Materialien oder Produkte mit spröden Bestandteilen, wie beispielsweise Silikate, Keramik, Silizium, kristalli- ne Minerale und Gestein, sowie Materialien mit hohen Reinheitsanforderungen, insbesondere Glas, Keramiken oder Halbleitermaterial zerkleinert und/oder zer- legt. Weiterhin werden Materialverbunden mit spröden Bestandteilen wie metallur- gische Schlacken, Glas-Polymerverbunde (z.B. Verbundsicherheitsglas, Solarmo- dule) und Metall/Kunststoff- oder Metall/Keramik-Verbunde zerkleinert und/oder zerlegt. By means of the method, it is advantageously possible to work up materials or material composites. Here, brittle materials or products with brittle constituents, such as silicates, ceramics, silicon, crystalline minerals and rock, and materials with high purity requirements, in particular glass, ceramics or semiconductor material are comminuted and / or shredded. Furthermore, material composites with brittle components such as metallurgical slags, glass-polymer composites (for example laminated safety glass, solar modules) and metal / plastic or metal / ceramic composites are comminuted and / or disassembled.
Die Vorrichtung zum Zerlegen und Zerkleinern eines Gutes umfasst einen mit ei- ner Flüssigkeit befüllbaren Behälter zur Aufnahme des Gutes sowie Mittel zur Er- zeugung elektrischer Stoßentladungen in der Flüssigkeit. Dabei ist ein mit einer Hochspannung beaufschlagbares Elektrodensystem dazu vorgesehen und einge- richtet, innerhalb einer Unterwasserfunkenstrecke zwischen einer ersten Elektrode des Elektrodensystems und mindestens einer zweiten, behälterdeckelseitigen Elektrode des Elektrodensystems, eine Stoßentladung in der Flüssigkeit zu erzeu- gen. Besonders bevorzugt bildet dabei die oder jede erste Elektrode jeweils eine Masseelektrode und die oder jede zweite Elektrode jeweils eine Hochspannungs- elektrode. Die Vorrichtung umfasst weiterhin eine Öffnung und/oder einen Stutzen zur Zufüh- rung des zu zerlegenden und/oder zu zerkleinernden Gutes, sowie eine Trans- porteinheit zum Austrag des behandelten Materials, also des zerlegten und/oder zu zerkleinerten Gutes, aus dem (Reaktor-) Behälter. Auf diese Weise ist ein Zuführen des Gutes bzw. der Austrag des behandelten Materials vergleichsweise einfach ermöglicht. Insbesondere ist es nicht weiter notwendig den Behälterdeckel Abzunehmen. The device for cutting and shredding a product comprises a container which can be filled with a liquid for receiving the product and means for obtaining a product. generating electrical shock discharges in the liquid. In this case, an electrode system which can be acted upon by a high voltage is provided and designed to generate an abrupt discharge in the liquid within a subsea spark gap between a first electrode of the electrode system and at least one second, container-cover-side electrode of the electrode system. Particularly preferred is the or each first electrode in each case a ground electrode and the or each second electrode each have a high voltage electrode. The apparatus further comprises an opening and / or a nozzle for feeding the material to be separated and / or shredded, as well as a transport unit for discharging the treated material, ie the decomposed and / or comminuted material, from the (reactor -) Container. In this way, a feeding of the material or the discharge of the treated material is comparatively easy. In particular, it is not necessary to remove the container lid.
Zweckmäßigerweise weist das Elektrodensystem eine Anzahl von zweiten Elekt- roden, insbesondere bis zu hundert Elektroden bzw. Hochspannungselektroden, vorzugsweise bis zu zwanzig Elektroden bzw. Hochspannungselektroden, zweck- mäßigerweise bis zu vier Elektroden bzw. Hochspannungselektroden, auf. Zudem weist das Elektrodensystem die erste Elektrode oder alternativ hierzu die erste Elektrode und zusätzlich weitere, insbesondere als Masseelektroden ausgebildete, erste Elektroden auf. Je nach Ausgestaltung des Elektrodensystems sind die ers- ten Elektroden und die zweiten Elektroden insbesondere paarweise und einander räumlich gegenüberliegend behälterdeckel- und bodenseitig angeordnet, wobei die zweiten Elektroden vorzugsweise behälterdeckelseitig angeordnet sind. Alter- nativ hierzu sind sowohl die erste bzw. die ersten Elektroden als auch die zweiten Elektroden behälterdeckelseitig angeordnet. Allenfalls entladen sich dabei geeig- neterweise mehrere zweite Elektroden bzw. Hochspannungselektroden zu dersel- ben ersten Elektrode bzw. Masseelektrode. Das Elektrodensystem besteht zusammenfassend aus einer oder mehreren Hoch- spannungselektroden und einer oder mehreren Masseelektroden. Expediently, the electrode system has a number of second electrodes, in particular up to a hundred electrodes or high-voltage electrodes, preferably up to twenty electrodes or high-voltage electrodes, advantageously up to four electrodes or high-voltage electrodes. In addition, the electrode system has the first electrode or alternatively the first electrode and additionally further, in particular formed as ground electrodes, first electrodes. Depending on the configuration of the electrode system, the first electrodes and the second electrodes are arranged in particular in pairs and spatially opposite to each other container top and bottom side, wherein the second electrodes are preferably arranged on the container lid side. Alternatively, both the first and the first electrodes and the second electrodes are arranged on the container lid side. At best, a plurality of second electrodes or high-voltage electrodes are appropriately discharged to the same first electrode or ground electrode. The electrode system consists in summary of one or more high-voltage electrodes and one or more ground electrodes.
Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung ist eine Arbeitsspannung, mit welcher die Elektroden zur Erzeugung der Stoßentladungen beaufschlagt sind, kleiner oder gleich 100 kV, vorzugsweise zwischen 30 kV und 50 kV, eingestellt oder einsteil- bar. According to a suitable embodiment, a working voltage applied to the electrodes for generating the shock discharges is set at least or equal to 100 kV, preferably between 30 kV and 50 kV, or can be adjusted.
Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung ist bzw. wird das Gut in den durch den Behälter gebildeten Prozessraum über eine seitlich angebrachte Öffnung des Be- hälters und/oder durch einen Stutzen kontinuierlich oder diskontinuierlich einge- bracht. According to a suitable embodiment, the material is or is introduced into the process space formed by the container via a side-mounted opening of the container and / or through a nozzle continuously or discontinuously.
Vorteilhaft ist bei der diskontinuierlichen bzw. der kontinuierlichen Nachführung von Material über den seitlich am Zerkleinerungsbehälter angebrachten Stutzen oder die Öffnung ein Materialfüllstand des Gutes im Behälter anpassbar. Damit einhergehend ist eine gleichbleibende Beanspruchungsintensität und einer hohen Zerlege- bzw. Zerkleinerungseffizienz durch eine optimale Energieausnutzung im Behälter realisiert. It is advantageous in the discontinuous or continuous tracking of material on the side of the crushing container mounted nozzle or opening a material level of the goods in the container adaptable. Along with this, a constant load intensity and a high cutting or comminution efficiency are realized by an optimal use of energy in the container.
Die Abführung des zerkleinerten oder zerlegten Materials erfolgt kontinuierlich oder diskontinuierlich mittels einer Transporteinheit aus dem Behälter. Die Trans- porteinheit ist dabei gemäß einer Ausgestaltung als ein Förderband, gemäß einer alternativen Ausgestaltung als eine Pumpe zur Herstellung eines Wasserstromes ausgebildet. Der mittels der Pumpe erzeugte Wasserstrom erfasst das zerlegte bzw. zerkleinerte Material und trägt dies aus dem Behälter aus. Durch die Einstel- lung des Wasservolumenstroms kann dabei das Austragsprodukt hinsichtlich sei- ner Form, Größe und/oder Dichte selektiert werden. Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung wird der Abtransport des zerlegten und/oder zerkleinerten Gutes aus dem Prozessraum des Behälters mit- tels eines Bodens realisiert. Insbesondere ist der Boden hierzu gegen die Waage- rechte geneigt und zusätzlich oder alternativ als Siebboden ausgebildet. Bei- spielsweise ist dabei ist ein Förderband zusätzlich zum, insbesondere als Siebbo- den ausgebildeten, Boden vorgesehen. Der Siebbodens ist vorteilhaft für die Zer- kleinerung von homogenen Materialien auf eine definierte Zielkorngröße geeignet. Beispielsweise ist eine Kombination des Förderbandes, der Pumpe, und/oder des Bodens zum Austrag des zerlegten oder zerkleinerten Gutes vorgesehen. The removal of the shredded or disassembled material is carried out continuously or discontinuously by means of a transport unit from the container. The transport unit is designed according to an embodiment as a conveyor belt, according to an alternative embodiment as a pump for producing a water flow. The water flow generated by the pump detects the decomposed material and carries it out of the container. By adjusting the water volume flow, the discharge product can be selected with regard to its shape, size and / or density. According to a further expedient embodiment, the removal of the decomposed and / or comminuted material from the process space of the container is realized by means of a floor. In particular, the floor is for this purpose inclined against the balance and additionally or alternatively formed as a sieve tray. examples For example, a conveyor belt is provided in addition to the floor, which is designed in particular as a sieve bottom. The sieve bottom is advantageously suitable for the reduction of homogeneous materials to a defined target grain size. For example, a combination of the conveyor belt, the pump, and / or the bottom for discharging the disassembled or comminuted material is provided.
Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung ist eine Puls- oder Entladungsenergie, insbesondere als Arbeitsenergie, kleiner 1500 J, vorzugsweise zwischen 200 J und 1500 J eingestellt oder einstellbar. Beispielsweise ist es auf diese Weise er- möglicht Elektroschrott, wie Mobiltelefone zu zerlegen. Alternativ hierzu ist die Puls- oder Entladungsenergie kleiner 100 J, vorzugsweise zwischen 1 J und 50 J, besonders bevorzugt zwischen 1 J und 20 J, eingestellt oder einstellbar. Insbe- sondere ist die Vorrichtung dann dazu vorgesehen und eingerichtet, das Verfahren in einer der oben dargestellten Varianten durchzuführen. Die oben dargestellten Ausführungen zum Verfahren gelten dann entsprechend für die Vorrichtung. According to a suitable embodiment, a pulse or discharge energy, in particular as working energy, is less than 1500 J, preferably set or adjustable between 200 J and 1500 J. For example, this makes it possible to dispose of electronic waste such as cell phones. Alternatively, the pulse or discharge energy is less than 100 J, preferably between 1 J and 50 J, more preferably between 1 J and 20 J, set or adjustable. In particular, the device is then provided and set up to carry out the method in one of the variants presented above. The explanations on the method described above then apply correspondingly to the device.
Weiterhin ist bei einer Puls- oder Entladungsenergie kleiner 100 J der Einsatz von Sieben mit einer vergleichsweise geringen mechanischer Festigkeit ermöglicht. Zudem ist beispielsweise bei der Ausgestaltung der Vorrichtung mit einem Förder- band für den Transport des Gutes durch den Behälter das Förderband aufgrund der geringen mechanischen Belastung infolge der vergleichsweise kleinen Puls- oder Entladungsenergie auch direkt als erste Elektrode, insbesondere als Masse- elektrode, nutzbar. Furthermore, with a pulse or discharge energy of less than 100 J, the use of sieves with a comparatively low mechanical strength is made possible. In addition, for example, in the design of the device with a conveyor belt for the transport of goods through the container, the conveyor belt due to the low mechanical stress due to the relatively small pulse or discharge energy directly as a first electrode, in particular as a ground electrode, usable.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand verschiedener Darstellungen erläutert. Darin zeigen: Hereinafter, embodiments of the invention will be explained with reference to various representations. Show:
Fig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild einer Vorrichtung zum Zerkleinern und Zerle- gen eines Gutes mit einem Behälter mit deckelseitigen Flochspannungs- elektroden, wobei ein Austrag des zerkleinerten und zerlegten Gutes mittels eines geneigten und als Masseelektrode ausgebildeten Bodens und mittels eines Förderbandes realisiert ist, Fig. 2 eine alternative Ausgestaltung des Vorrichtung, wobei der Boden als Sieb- boden ausgebildet ist und wobei am Boden Masseelektroden angeordnet sind, 1 is a simplified circuit diagram of a device for crushing and cutting a good with a container with lid-side Flochspannungs- electrodes, wherein a discharge of the crushed and decomposed material is realized by means of a sloping and formed as a ground electrode bottom and by means of a conveyor belt, 2 shows an alternative embodiment of the device, the bottom being designed as a sieve bottom and ground electrodes being arranged on the bottom,
Fig. 3 eine weitere alternative Ausgestaltung der Vorrichtung, wobei die Trans- porteinheit zum Austrag des zerlegten und/oder zerkleinerten Gutes eine Pumpe zur Fierstellung eines Volumenstroms ist, und Fig. 4 schematisch eine der Flochspannungselektroden mit einer nicht isolierten Spitze. 3 shows a further alternative embodiment of the device, wherein the transport unit for discharging the decomposed and / or comminuted material is a pump for Fierstellung a volume flow, and Fig. 4 shows schematically one of the Flochspannungselektroden with a non-insulated tip.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen. Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference numerals in all figures.
In der Fig. 1 ist schematisch eine Vorrichtung 2 zum Zerlegen und Zerkleinern ei- nes Gutes mittels des elektrohydraulischen Effektes dargestellt. Diese weist einen mit einer Flüssigkeit F befüllten (Reaktor-)Behälter 8 zur Aufnahme des nicht wei- ter dargestellten Gutes auf. Der Behälter 4 weist hier einen Behälterdeckel 6 sowie einen beispielsweise aus Edelstahl gebildeten Behälterkorpus 8 auf, mittels wel- chem ein Prozessraum gebildet ist. Dabei ist der Behälterkorpus 8 ohne innere Wandisolierung ausgeführt. Im Behälterdeckel 6 ist eine Anzahl an stabförmig ausgebildeten zweiten Elektroden 10 angeordnet, von denen beispielhaft drei dar- gestellt sind. Diese zweiten Elektroden 10 sind dabei als Flochspannungselektro- den ausgebildet. Zudem sind die zweiten Elektroden 10 zueinander äquidistant angeordnet und in den Behälterdeckel 6 eingesetzt oder integriert. 1 shows schematically a device 2 for cutting and shredding a good by means of the electrohydraulic effect. This has a filled with a liquid F (reactor) container 8 for receiving the not further shown material on. The container 4 here has a container lid 6 and a container body 8 formed, for example, of stainless steel, by means of which a process space is formed. In this case, the container body 8 is designed without inner wall insulation. In the container lid 6, a number of rod-shaped second electrodes 10 are arranged, of which three are shown by way of example. These second electrodes 10 are formed as Flochspannungselektro- the. In addition, the second electrodes 10 are arranged equidistant from each other and inserted or integrated into the container lid 6.
Eine erste Elektrode 9, welche als Masseelektrode ausgebildet ist und entspre- chend gegen Erdpotential geführt ist, ist mittels eines auch als Prozessraumboden bezeichneten (Zwischen-)Bodens 12 des Behälterkorpus 8 gebildet. Der Boden 12 ragt dabei von einer Wandung 14 des Behälterkorpus 8 in den Prozessraum ein, so dass der Boden 12 unterhalb der zweiten Elektroden 10 angeordnet ist. Weiterhin weist der Behälter 4 eine seitlich der deckelseitigen zweiten Elektroden 1 0 angebrachte Öffnung 16 auf, durch welche das zu zerlegende und/oder zu zer- kleinernde Gut kontinuierlich oder diskontinuierlich in den Behälter 4 eingebracht werden kann. Die Öffnung 16 ist dabei mit einem Stutzen 17 versehen. Entspre- chend ist das zu zerlegende und/oder zu zerkleinernde Gut in den Prozessraum zwischen die zweiten Elektroden 10 und die erste Elektrode 9, also unterhalb der zweiten Elektroden 10 einbringbar. Die Wandung 14 ist dabei im Bereich der Öff- nung 16 nach Behälteraußen geneigt, so dass das Zuführen des Guts in den Pro- zessbereich zwischen den Elektroden 9 und 10 aufgrund der Neigung erleichtert ist. A first electrode 9, which is designed as a ground electrode and is guided correspondingly to ground potential, is formed by means of an (intermediate) bottom 12 of the container body 8, which is also referred to as the process space bottom. The bottom 12 protrudes from a wall 14 of the container body 8 into the process space, so that the bottom 12 is arranged below the second electrodes 10. Furthermore, the container 4 has an opening 16, which is attached laterally to the lid-side second electrodes 10 and through which the material to be separated and / or shredded can be introduced into the container 4 continuously or discontinuously. The opening 16 is provided with a connection 17. Correspondingly, the material to be separated and / or comminuted can be introduced into the process space between the second electrodes 10 and the first electrode 9, that is, below the second electrodes 10. The wall 14 is inclined in the region of the opening 16 to the outside of the container, so that the feeding of the material into the process area between the electrodes 9 and 10 is facilitated due to the inclination.
Die zweiten Elektroden 10 sind über einen Hochspannungsschalter S1 an einen Kondensator 18 angeschlossen. Weiterhin sind die zweiten Elektroden 10 mittels eines Sicherheitstrennschalter S2 gegen Masse oder Erdpotential führbar. Dabei ist geeigneterweise für jede der zweiten Elektroden 10 jeweils ein Sicherheits- trennschalter S2 und jeweils ein Kondensator 18 vorgesehen. Der oder jeder Kon- densator 18 wird mittels eines Ladegeräts 20 über einen ohmschen Widerstand 22 aufgeladen. Die erste Elektrode 9 ist an Masse oder Erdpotential geführt. Derart ist bzw. wird zur Erzeugung einer elektrischen Stoßentladungen innerhalb einer Unterwasserfunkenstrecke zwischen der ersten Elektrode 9 und den zweiten Elektroden 10 eine Arbeitsspannung an den Elektroden 9, 10 eingestellt, welche kleiner oder gleich 100 kV beträgt. Die Puls- oder Entladungsenergie jeder Stoßentladung ist dabei kleiner 1500 J, vorzugsweise zwischen 200 J und 1500 J eingestellt oder einstellbar ist. Alternativ ist die Puls- oder Entladungsenergie kleiner 100 J, insbesondere zwischen 1 J und 50 J, vorzugsweise zwischen 1 J und 20 J, eingestellt. The second electrodes 10 are connected to a capacitor 18 via a high voltage switch S1. Furthermore, the second electrodes 10 by means of a safety disconnect switch S2 to ground or ground potential feasible. In this case, a safety disconnect switch S2 and in each case a capacitor 18 is suitably provided for each of the second electrodes 10. The or each capacitor 18 is charged by means of a charger 20 via an ohmic resistor 22. The first electrode 9 is guided to ground or ground potential. In this way, a working voltage is set at the electrodes 9, 10 which is less than or equal to 100 kV in order to generate an electrical shock discharge within an underwater spark gap between the first electrode 9 and the second electrodes 10. The pulse or discharge energy of each surge discharge is less than 1500 J, preferably set or adjustable between 200 J and 1500 J. Alternatively, the pulse or discharge energy is less than 100 J, in particular between 1 J and 50 J, preferably between 1 J and 20 J, set.
Bei der Erzeugung einer elektrischen Stoßentladung erfolgt eine Entladung der zweiten Elektroden 10 zur ersten Elektrode 9. So erfolgt ein elektrischer Durch- schlag zwischen den Hochspannungselektroden und der Masseelektrode. Die hierbei entstehende Druckwelle breitet sich in der als Wasser ausgeführten Flüs- sigkeit F aus und führt zur Zerkleinerung bzw. zur Zerlegung des Gutes. When generating an electrical surge discharge, the second electrodes 10 are discharged to the first electrode 9. Thus, an electrical breakdown takes place between the high-voltage electrodes and the ground electrode. The The resulting pressure wave propagates in the liquid F, which is carried out as water, and leads to the comminution or decomposition of the material.
Zusammenfassend umfassen die Mittel zur Erzeugung der elektrischen Stoßent- ladungen das die erste Elektrode 9 und die zweiten Elektroden aufweisende Elekt- rodensystem 23, den Kondensator 18, den Flochspannungsschalter S1 sowie das Ladegerät 20. In summary, the means for generating the electrical shock discharges comprise the electrode system 23 comprising the first electrode 9 and the second electrodes, the capacitor 18, the floss voltage switch S1 and the charger 20.
Der der Abtransport des zerlegten und/oder zerkleinerten Gutes aus dem Prozess- raum P des Behälters 4 erfolgt anhand des geneigten Bodens 12, sowie mittels einer Transporteinheit 24, welche hier als ein Förderband 26 ausgebildet ist. Hier- bei ist der Boden 12 gegen die Waagerechte geneigt, so dass das zerlegte bzw. das zerkleinerte Gut zum Förderband 26 überführt wird. Der Behälterdeckel 6 verschließt dabei den Behälterkorpus 8 mit Ausnahme der Öffnung 16 und einer weiteren Öffnung 28 für das Förderband 26. The removal of the disassembled and / or comminuted material from the process space P of the container 4 takes place on the basis of the inclined bottom 12, and by means of a transport unit 24, which is designed here as a conveyor belt 26. Here, the bottom 12 is inclined to the horizontal, so that the disassembled or comminuted material is transferred to the conveyor belt 26. The container lid 6 closes the container body 8 with the exception of the opening 16 and a further opening 28 for the conveyor belt 26th
Gemäß einer nicht weiter dargestellten alternativen Ausgestaltung der Vorrichtung 2 ist die erste Elektrode 9 oder mehrere erste Elektroden 9 ebenfalls im Behälter- deckel 6 angeordnet, insbesondere integriert. According to an alternative embodiment of the device 2, not shown further, the first electrode 9 or a plurality of first electrodes 9 are likewise arranged in the container lid 6, in particular integrated.
In der Fig. 2 ist eine alternative Ausgestaltung der Vorrichtung 2 gezeigt, wobei zum Zwecke einer Übersichtlichkeit die analog zur Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Fig. 1 ausgebildete Verschaltung der Elektroden 9 und 10 nicht darge- stellt ist. Im Unterschied zur Ausgestaltung der Vorrichtung 2 gemäß der Fig. 1 ist der Boden 12 waagerecht orientiert. Am Boden 12 sind dabei Masseelektroden bildende erste Elektroden 9 angeordnet. Insbesondere sind die ersten Elektroden am Boden 12 angeformt. Der Boden 12 ist weiterhin als ein Siebboden ausgebil- det, sodass das zerlegte und zerkleinerte Material entsprechender Korngröße durch den Siebboden 12 auf den darunter verlaufenden Abschnitt des Förderban- des 26 gelangt. In der Fig. 3 ist eine weitere alternative Ausgestaltung der Vorrichtung 2 darge- stellt. Hier erfolgt der Austrag des zerkleinerten bzw. zerlegten Guts (Materials) mit Hilfe eines Pfeils repräsentierten (Wasser-)Volumenstroms. Hierzu wird mittels einer die Transporteinheit 24 bildenden Pumpe 30 der Wasservolumenstrom er- zeugt, welcher das zerkleinerte Gut (Material) mitnimmt und somit aus dem Pro- zessbereich zwischen den Elektroden 9 und 10 zum einer weiteren als das För- derband 26 ausgebildeten Transporteinheit hin abtransportiert (ausspült). Anhand einer Variation der Stärke des Wasservolumenstroms kann die Größe der ausge- spülten Partikel beeinflusst werden. Beispielsweise können auf diese Weise Kör- nungen im Bereich 1 -5000 pm hergestellt und aus dem Behälter 4 mittels Wasser- volumenstrom abtransportiert werden. Anschließend kann das zerlegte Gut bei Bedarf klassiert und getrocknet werden. 2 shows an alternative embodiment of the device 2, wherein for the sake of clarity, the interconnection of the electrodes 9 and 10 formed analogously to the embodiment of the device according to FIG. 1 is not shown. In contrast to the embodiment of the device 2 according to FIG. 1, the bottom 12 is oriented horizontally. At the bottom 12, ground electrodes forming first electrodes 9 are arranged. In particular, the first electrodes are integrally formed on the bottom 12. The bottom 12 is further formed as a sieve bottom, so that the decomposed and crushed material corresponding grain size passes through the sieve bottom 12 on the underlying portion of the conveyor belt 26. FIG. 3 shows a further alternative embodiment of the device 2. Here, the discharge of the shredded or disassembled material (material) with the aid of an arrow represented (water) volume flow. For this purpose, the water volume flow is generated by means of a pump 30 forming the transport unit 24, which entrains the comminuted material and thus removes it from the process area between the electrodes 9 and 10 to a further transport unit designed as conveyor belt 26 (rinsing). By varying the strength of the water volume flow, the size of the purged particles can be influenced. For example, grain sizes in the range 1-5000 .mu.m can be produced in this way and removed from the container 4 by means of a water volume flow. Subsequently, the decomposed material can be classified and dried as needed.
In der Fig. 4 ist ausschnittsweise der Behälter 4 mit einer der behälterdeckelseitig angeordneten zweiten Elektroden 10 dargestellt, welche bei einer Puls- oder Ent- ladungsenergie kleiner 100 J, insbesondere zwischen 1 J und 50 J, vorzugsweise zwischen 1 J und 20 J, verwendet wird. Diese weist eine Isolation 31 auf, welche die zweite Elektrode 10 elektrisch gegen die Prozessflüssigkeit isoliert, mit Aus- nahme im Bereich einer (Elektroden-)Spitze 32. Dabei ist die (Ober-)Fläche der in die flächig punktiert dargestellte Flüssigkeit F eintauchenden und nicht isolierten Spitze 32 zwischen 50 mm2 und 15.000 mm2, insbesondere zwischen 50 mm2 und 500 mm2, eingestellt. Dieser liegt eine der ersten Elektroden 9 gegenüber, wobei der Abstand zwischen der ersten Elektrode 9 und der zweiten Elektrode 10 zwi- schen 10 mm und 40 mm eingestellt ist. FIG. 4 shows a detail of the container 4 with a second electrode 10 arranged on the container lid side, which uses a pulse or discharge energy of less than 100 J, in particular between 1 J and 50 J, preferably between 1 J and 20 J. becomes. This has an insulation 31, which electrically isolates the second electrode 10 from the process liquid, except in the region of an (electrode) tip 32. In this case, the (upper) surface of the liquid F dotted into the surface is dotted and uninsulated tip 32 between 50 mm 2 and 15,000 mm 2 , in particular between 50 mm 2 and 500 mm 2 , set. It lies opposite one of the first electrodes 9, wherein the distance between the first electrode 9 and the second electrode 10 is set between 10 mm and 40 mm.
Die Vorrichtung 2 gemäß einer der Ausgestaltungen der Figuren 1 bis 3 ermöglicht die kontinuierliche oder die diskontinuierliche Zerlegung von Elektroschrott wie z.B. Mobiltelefone oder Leiterplatten. Die Beschickung der Mobiltelefone in den (Reaktor-)Behälter 4, welcher hier vorzugsweise aus Stahl gebildet ist, erfolgt über den seitlich am Behälter angebrachten Stutzen 17. Deckelseitig im Behälter sind die als Hochspannungselektroden ausgebildeten zweiten Elektroden 10 angeord- net, welche sich während des Behandlungsprozesses zyklisch zu der bzw. zu den behälterbodenseitig angeordneten und als Masseelektroden ausgebildeten ersten Elektrode 9 bzw. ersten Elektroden 9 entladen. Dabei beträgt die maximale Anzahl an Hochspannungselektroden 100. Die Pulsenergie beträgt zwischen 200 J und 1500 J je Elektrodenpaar, bestehend aus einer der Hochspannungselektroden und einer der Masseelektroden, bei einer Arbeitsspannung kleiner als 100 kV. Der Ab- transport der zerlegten Mobiltelefonbestandteile erfolgt dabei entsprechend der jeweiligen Ausgestaltung der Vorrichtung 2 anhand des geneigten und/oder als Siebboden ausgebildeten Bodens 12, des Wasserspülstroms, des Förderbands 26 oder alternativ hierzu anhand einer Kombination dieser Austragsmechanismen. Bei einem Verfahren zum Zerlegen und Zerkleinern des Gutes mittels des elektro- hydraulischen Effektes, wird in den mit einer Flüssigkeit befüllten Behälter 4 der Vorrichtung, welche 2 gemäß einer der Ausgestaltungen der Figuren 1 bis 3 aus- gebildet ist, innerhalb einer Unterwasserfunkenstrecke zwischen der ersten Elekt- rode 9 bzw. den ersten Elektroden 10 und der zweiten Elektrode 10 bzw. den zweiten Elektroden 10 eine Stoßentladung mit einer Puls- oder Entladungsenergie kleiner 100 J im Wesentlichen in der Flüssigkeit erzeugt. Dabei liegt das zu zer- kleinernde Gut im Behälter 4 in der Unterwasserfunkenstrecke ein. The device 2 according to one of the embodiments of Figures 1 to 3 allows the continuous or discontinuous disassembly of electronic waste such as mobile phones or printed circuit boards. The charging of the mobile phones in the (reactor) container 4, which is preferably formed here from steel, via the side of the container attached to the nozzle 17. The lid side in the container formed as high-voltage electrodes second electrodes 10 are arranged, which during the Treatment process cyclically arranged to the container bottom side and formed as ground electrodes first Electrode 9 and first electrodes 9 discharged. The maximum number of high voltage electrodes is 100. The pulse energy is between 200 J and 1500 J per electrode pair, consisting of one of the high voltage electrodes and one of the ground electrodes, at a working voltage of less than 100 kV. The removal of the disassembled mobile telephone components takes place in accordance with the respective configuration of the device 2 on the basis of the inclined and / or bottom plate 12, the water scavenging flow, the conveyor belt 26 or, alternatively, by means of a combination of these discharge mechanisms. In a method for disassembling and comminuting the product by means of the electrohydraulic effect, in the container 4 filled with a liquid of the device, which is embodied according to one of the embodiments of FIGS. 1 to 3, within an underwater spark gap between the first Elec- erode 9 or the first electrode 10 and the second electrode 10 and the second electrode 10 generates a surge discharge with a pulse or discharge energy less than 100 J substantially in the liquid. In this case, the material to be shredded lies in the container 4 in the underwater spark gap.
Die zweiten Elektroden 10 sind dabei gemäß der Fig. 4 ausgebildet, also ist die (Ober-)Fläche deren (Elektroden-)Spitzen 32 zwischen 50 mm2 und 15.000 mm2 eingestellt. Dabei ist der Abstand zwischen zwei benachbarten zweiten Elektroden 10 zwischen 50 mm und 200 mm und der Abstand zwischen den zweiten Elektro- den 10 und der bzw. den ersten Elektroden 9 zwischen 5 mm und 100 mm einge- stellt. The second electrodes 10 are formed as shown in FIG. 4, so the (top) surface of the (electrode) tips 32 is set between 50 mm 2 and 15,000 mm 2 . In this case, the distance between two adjacent second electrodes 10 is set between 50 mm and 200 mm, and the distance between the second electrodes 10 and the first electrode or electrodes 9 is set between 5 mm and 100 mm.
Zudem ist die Periodendauer jedes Hochspannungsimpulses, also die Dauer des jeweiligen Hochspannungsimpulses zur Erzeugung der Stoßentladung, zwischen 0,1 ps und 6 ps eingestellt, wobei die Anzahl an Stoßentladungen der oder jeder zweiten Elektrode 10 zwischen 20 und 100 (Stoßentladungen) pro Sekunde be- trägt. Weiterhin ist zur Erzeugung der Stoßentladungen eine Arbeitsspannung, mit welcher die Elektroden 9 und 10 beaufschlagt sind, kleiner oder gleich 100 kV ein- gestellt. Im Folgenden werden zwei konkrete Ausführungsbeispiele des Verfahrens und der Vorrichtung 2 dargestellt. In addition, the period duration of each high-voltage pulse, ie the duration of the respective high-voltage pulse for generating the surge discharge, is set between 0.1 ps and 6 ps, the number of surge discharges of the or each second electrode 10 being between 20 and 100 (surge discharges) per second. wearing. Furthermore, a working voltage, which is applied to the electrodes 9 and 10, is set smaller or equal to 100 kV in order to generate the surge discharges. In the following two concrete embodiments of the method and the device 2 are shown.
Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens und der Vorrichtung 2 ist die effiziente Zerkleinerung von homogenen, spröden Materialien wie Silizium er- möglicht. Die Hauptabmessung des Eingangsmaterials, also der als Halbleiterstü ckestücke ausgebildeten Siliziumstücke, beträgt vorzugsweise zwischen 10-100 mm. Die zu zerkleinernden Siliziumstücke werden zusammen mit dem flüssigen Medium, vorzugsweise Leitungswasser oder vollentsalztes Wasser, in den (Reak- tor-) Behälter 4 eingebracht. Aufgrund der Pulsenergie kleiner 100 J und die damit verringerte mechanische Belastung der Komponenten der Vorrichtung 2, ist es ermöglicht, den Behälter 4 aus Kunststoff herzustellen. Die Zufuhr (Beschickung) der Siliziumstücke erfolgt über den seitlich am Behälter angebrachten Stutzen 17 zur Materialzuführung. Der Behälter 4 ist mit dem (Behälter-)Deckel 6 verschlos- sen, in den das Elektrodensystem 23 sowie ein Entlüftungsstutzen integriert ist. Das Elektrodensystem 23 besteht dabei aus mehreren als Hochspannungselekt- roden ausgebildeten zweiten Elektroden 10, so dass ein möglichst großer, insbe- sondere großflächiger, (Behandlungsbereich) Prozessbereich im Behälter 4 reali- siert ist. Die als Masseelektroden ausgebildeten ersten Elektroden 9 sind dabei je nach Ausgestaltung der Vorrichtung 2 entweder ebenfalls im Behälterdeckel 6 oder alternativ im Boden 12 integriert. Der Abstand zwischen jedem Elektroden- paar, bestehend aus einer der zweiten Elektroden 10 und der oder einer der ers- ten Elektroden 9, wird zwischen 10 mm und 40 mm eingestellt. Der Abstand zwi- schen zwei benachbarten zweiten Elektroden wird zwischen 50 mm und 200 mm eingestellt. Anhand der Hochspannungs- und Masseelektroden werden Unterwas- serfunkenstrecken gebildet, in denen mittels des Impulsgenerators, welcher mittels des Ladegeräts 20, des Kondensators 18 und des Hochspannungsschalters S1 gebildet ist, zyklisch Stoßentladungen mit einer Pulsrate (Wiederholrate, Pulsfre- quenz) je Hochspannungselektrode zwischen 20 und 100 Entladungen pro Se- künde und einer Puls- oder Entladungsenergie zwischen 20 J und 100 J generiert werden. Die Arbeitsspannung zur Erzeugung der Stoßentladungen wird dabei zwi- schen 30 kV und 50 kV eingestellt. Zudem ist die Periodendauer jedes Hochspan- nungsimpulses zwischen 0,5 ps und 3 ps, eingestellt. Die im Anschluss an den elektrischen Durchschlag zwischen den Hochspan- nungs- und Masseelektroden 10 und 9 entstehende Druckwelle breitet sich im Wasser aus und führt zur Zerkleinerung der Siliziumstücke. Anhand der Einstel- lung der Anzahl an erzeugten Stoßentladungen und damit dem Gesamtenergie- eintrag wird der Zerkleinerungsgrad des Materials eingestellt. Der Siebboden 12 ermöglicht den Austrag des Siliziums entsprechend der benötigten Zielkorngröße, welche beispielsweise 1 mm beträgt. Dem Sieb nachgelagert ist ein als sogenann- ter Bunkerförderer ausgebildetes Förderband 26, welches die zerkleinerte Materi- alfraktion aus dem Wasserbad herausfördert. Anschließend kann die hergestellte Siliziumkörnung getrocknet und bei Bedarf klassiert werden. According to the first embodiment of the method and the device 2, the efficient comminution of homogeneous, brittle materials such as silicon is made possible. The main dimension of the input material, that is, the silicon pieces formed as semiconductor pieces, is preferably between 10 and 100 mm. The pieces of silicon to be comminuted are introduced into the (reactor) container 4 together with the liquid medium, preferably tap water or demineralized water. Due to the pulse energy less than 100 J and the resulting reduced mechanical stress on the components of the device 2, it is possible to produce the container 4 made of plastic. The supply (charging) of the silicon pieces via the side of the container attached to the nozzle 17 for material supply. The container 4 is closed with the (container) cover 6, in which the electrode system 23 and a vent pipe are integrated. In this case, the electrode system 23 comprises a plurality of second electrodes 10 designed as high-voltage electrodes, so that the largest possible, in particular large-area, (treatment area) process area is realized in the container 4. Depending on the design of the device 2, the first electrodes 9 designed as ground electrodes are either likewise integrated in the container lid 6 or alternatively in the base 12. The distance between each electrode pair consisting of one of the second electrodes 10 and the or one of the first electrodes 9 is set between 10 mm and 40 mm. The distance between two adjacent second electrodes is set between 50 mm and 200 mm. Underwater spark gaps are formed on the basis of the high voltage and ground electrodes, in which by means of the pulse generator, which is formed by the charger 20, the capacitor 18 and the high voltage switch S1, cyclic discharge with a pulse rate (repetition rate, pulse frequency) per high voltage electrode between 20 and 100 discharges per second and a pulse or discharge energy between 20 J and 100 J are generated. The working voltage for generating the shock discharges is set between 30 kV and 50 kV. In addition, the period duration of each high-voltage pulse is set between 0.5 ps and 3 ps. The pressure wave which arises following the electrical breakdown between the high-voltage and ground electrodes 10 and 9 propagates in the water and leads to the comminution of the silicon pieces. Based on the setting of the number of generated shock discharges and thus the total energy input, the degree of comminution of the material is set. The sieve bottom 12 allows the discharge of the silicon according to the required target grain size, which is for example 1 mm. Downstream of the sieve is a conveyor belt 26 designed as a so-called bunker conveyor, which conveys the comminuted material fraction out of the water bath. Subsequently, the silicon grain produced can be dried and classified as needed.
Das Verfahrens und die Vorrichtung 2 sind gemäß des im Folgenden dargestellten zweiten Ausführungsbeispiels für die effiziente Zerlegung von Glas- Polymerverbunden wie Solarmodulen geeignet. Dabei werden ein komplettes So- larmodul oder vorzerkleinerte Stücke des Solarmoduls in den mit der (Prozess-) Flüssigkeit F, vorzugsweise vollentsalztes Wasser, gefüllten Behälter 4 eingelegt. Das Elektrodensystem 23, bestehend aus mehreren im Behälterdeckel 6 integrier ten Flochspannungselektroden und Masseelektroden und wird vom einem Impuls- generator (dem Ladegerät 20) gespeist, wobei der Abstand zweier benachbarter, als Hochspannungselektroden ausgebildeten, zweiten Elektroden zwischen 50 mm und 200 mm beträgt. Durch zyklische Entladungen an jedem Elektrodenpaar, bestehend aus einer der Hochspannungselektroden und einer der Masseelektro- den, werden durch Anlegen einer Arbeitsspannung zwischen 30 kV und 50 kV Stoßentladungen mit einer Puls- oder Entladungsenergie von 1 J bis 100 J je Ent- ladung erzeugt. Durch diese vergleichsweise geringe Puls- oder Entladungsener- gie weist die sich ausbildende Druckwelle eine hohe Selektivität hinsichtlich einer Beanspruchung auf die spröden Glasbestandteile des Solarmoduls auf. Mit ande- ren Worten werden selektiv im Wesentlichen die spröden Glasbestandteile zerlegt und zerkleinert. Die Polymerfolie und die metallischen Kontakte werden dagegen nur gering beansprucht. Durch die zyklische Schockwellenbehandlung mit niedri- ger Pulsenergie kann somit das Front- bzw. Rückseitenglas besonders effizient von der Polymerfolie abgelöst werden. Die Polymerfolie sowie die Metallkontakte verbleiben dagegen weitestgehend in ihrer Ausgangsgröße. Das abgelöste Glas sowie das Halbleitermaterial kann mit Hilfe des Siebbodens 12 aus dem Prozess- raum abtransportiert und mit einem nachgeschalteten Förderband 26 ausgetragen werden. Die grobstücke, also vergleichsweise große, Polymerfolie und die Metall- kontakte können durch einen Wasserspülstrom kontinuierlich oder diskontinuier- lich aus dem Behälter 4 transportiert und mittels eines nachgeschalteten Förder- bands 26 ausgetragen werden. Durch nachgelagerte Klassier- und Sortierprozes- se kann eine grobe, verunreinigungsarme Glasfraktion, eine halbleitermaterialrei- che Feinfraktion und einer Grobfraktion aus Polymerfolien und Metallkontakten abgetrennt und anschließend bei Bedarf getrocknet werden. The method and the device 2 are suitable according to the second embodiment shown below for the efficient disassembly of glass polymer composites such as solar modules. In this case, a complete solar module or pre-shredded pieces of the solar module are placed in the container 4 filled with the (process) liquid F, preferably demineralized water. The electrode system 23, consisting of several Flochspannungselektroden in the container lid 6 th and ground electrodes and is powered by a pulse generator (the charger 20), wherein the distance between two adjacent, formed as high voltage electrodes, second electrode is between 50 mm and 200 mm. By cyclic discharges on each pair of electrodes, consisting of one of the high voltage electrodes and one of the ground electrodes, discharge voltages with a pulse or discharge energy of 1 J to 100 J per discharge are generated by applying a working voltage between 30 kV and 50 kV. Due to this comparatively low pulse or discharge energy, the pressure wave forming has a high selectivity with respect to a load on the brittle glass components of the solar module. In other words, essentially the brittle glass components are selectively decomposed and comminuted. The polymer film and the metallic contacts, however, are only slightly stressed. As a result of the cyclical shock wave treatment with low pulse energy, the front or rear side glass can therefore be detached from the polymer film in a particularly efficient manner. The polymer film as well as the metal contacts remain largely in their original size. The detached glass and the semiconductor material can be removed from the process space with the aid of the sieve bottom 12 and discharged with a downstream conveyor belt 26. The coarse pieces, that is, comparatively large, polymer film and the metal contacts can be transported continuously or discontinuously out of the container 4 by a flush of water and discharged by means of a downstream conveyor belt 26. By means of downstream classification and sorting processes, a coarse, low-contamination glass fraction, a semiconductor fraction rich in fine fraction and a coarse fraction of polymer films and metal contacts can be separated and then dried if necessary.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fach- mann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlas- sen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbei- spielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kom- binierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. The invention is not limited to the embodiments described above. Rather, other variants of the invention can be derived therefrom by the person skilled in the art without departing from the subject matter of the invention. In particular, all the individual features described in connection with the exemplary embodiments can also be combined with one another in other ways without leaving the subject matter of the invention.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
2 Vorrichtung 2 device
4 Behälter 4 containers
6 Behälterdeckel 6 container lid
8 Behälterkorpus 8 container body
9 erste Elektrode/ Masseelektrode 9 first electrode / ground electrode
10 zweite Elektrode/ Hochspannungselektrode 10 second electrode / high voltage electrode
12 Boden 12 floor
14 Wandung 14 wall
16 Öffnung 16 opening
17 Stutzen 17 nozzles
18 Kondensator 18 capacitor
20 ein Ladegerät 20 a charger
22 elektrischer Wiederstand 22 electrical resistance
23 Elektrodensystem 23 electrode system
24 Transporteinheit 24 transport unit
26 Förderband 26 conveyor belt
28 Öffnung 28 opening
30 Pumpe 30 pump
31 Isolation 31 insulation
32 Spitze einer zweiten Elektrode 32 tip of a second electrode
F Flüssigkeit F liquid
P Prozessraum P process space
51 Hochspannungsschalter 51 high voltage switches
52 Sicherheitstrennschalter 52 safety disconnect switch
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