(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極ヘッド(13)及び電極ボディ(15)を有する電極ユニット(11)と、
前記電極ボディ(15)が配置されるチャンバ(5)であって、前記チャンバ(5)が、いくつかのセクションにおいてあるいは完全に電気的に導電性であり、前記電極ボディ(15)から電気的に絶縁される壁(19)を有し、前記チャンバ(5)が細胞集合を含む流体を受け取るための入口(7)を有するチャンバ(5)と、
前記電極ヘッド(13)に配置され、前記電極ボディ(15)と前記壁(19)との間で電圧を印加することにより、電場を生成するように構成されている高電圧源(56)と、
電場を変更するために前記高電圧源(56)と相互作用する電子制御ユニット(29)とを備え、
前記電子制御ユニット(29)が、前記高電圧源(56)の共振周波数を決定するための手段(33)を有し、
前記高電圧源(56)が、同じコアに巻きつけられる一次コイル(53)を有し、高電圧コイルが二次コイル(55)であり、
前記高電圧源(56)が高電圧コイル(55)及び測定コイル(57)を有し、前記測定コイル(57)が、前記共振周波数を決定するための手段(33)に接続され、前記測定コイル(57)及び前記高電圧コイル(55)が、同じコアに巻きつけられることを特徴とする、細胞集合を電気的に崩壊するための装置(1)。
【請求項２】
前記電子制御ユニット(29)が、前記測定コイル(57)で誘起された電圧を測定するように構成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記電子制御ユニット(29)が、さらに前記誘起された電圧の周波数を測定するように構成されている、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記電子制御ユニット(29)が、電圧ランプ速度を決定するように構成されている、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記電子制御ユニット(29)が、共振周波数を決定するための第１のプロセッサーを備えるコントローラ(33)と、前記高電圧源(56)を駆動するための第２のプロセッサーを備える駆動ユニット(37)とを有し、前記駆動ユニット(37)が、前記高電圧源(56)の電圧の、
周波数と、
パルス幅と、
振幅との少なくとも１つを制御するように構成されることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記高電圧源(56)が、直列に接続され、高電圧コイル(55)に接続される複数の電圧ダブラー(63)を有することを特徴とする、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記電子制御ユニット(29)が、所定の間隔で自動的に且つステップで、前記高電圧源(56)の、
周波数と、
パルス幅と、
振幅との少なくとも１つの変数を変更するように構成されることを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記電子制御ユニット(29)は、変更ステップを完了した後、
変更ステップ後に測定コイルで誘起された電圧が以前よりも高い場合、同じ方向にさらなる変更ステップを実行し、
変更ステップ後に測定コイルで誘起された電圧が以前よりも低い場合、反対方向の変更ステップを実行するように構成されていることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
１つの変更ステップから反対方向の変更ステップまでの間隔が、同じ方向の２つの変更ステップの間隔よりも短いことを特徴とする、請求項８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、細胞集合を電気的に崩壊するための装置に関し、電極ヘッド及び電極ボディを有する電極ユニットと、電極ボディが配置されるチャンバであって、チャンバが、いくつかのセクションにおいてあるいは完全に電気的に導電性であり、電極ボディから電気的に絶縁される壁を有し、チャンバが、細胞集合を含む流体を受け取るための入口を有するチャンバと、電極ヘッドに配置されて、電極ボディと壁との間で電圧を印加することによって電場を生成するように構成されている高電圧源と、電場を変更するために高電圧源と相互作用する電子制御ユニットとを備える。
【背景技術】
【０００２】
当該装置は、本出願人によって保持されている特許文献１から既知である。当該装置は、主としてバイオガスプラント及び汚水処理プラントにおいて、有機物質と流体との混合物を、特に細胞及び／又は細胞集合を含む混合物を、処理するために、異なる分野で使用される。目的は、例えばバイオガスプラントにおいて、細胞集合の崩壊によってバイオガスの製造を促進することである。なぜならば、細胞集合を壊す（crack）ことが汚泥消化ガスを生成するために開始の材料の反応に有利である（favor）からである。圧搾（expression）崩壊は、外力の作用下で細胞又は細胞集合の粉砕を意味すると一般に理解される。
【０００３】
他の既知の崩壊方法は、熱的崩壊、超音波崩壊、化学的崩壊及び機械的崩壊である。
【０００４】
電気的崩壊は、２つの電極間で生成された電場に細胞集合を曝すという機能原理に基づく。細胞及び細胞集合に対する電場の影響により、電荷移動が細胞膜で生じる。電気的崩壊に対する既知のシステムは、電場が生成されるチャンバ内で細胞及び細胞集合が移動するという事実を利用する。細胞及び細胞集合の移動は、それぞれの細胞膜にローカルに作用する電場の強さの変化を引き起こす。この連続的な変化により、細胞膜及び／又は細胞集合が剪断力及び振動に曝される。細胞膜及び／又は細胞集合が、その不安定化に帰着する。励起が十分に強い場合、細胞集合が緩められるか解体される。及ぼされた影響がさらに強い場合、細胞膜が崩壊する。当該プロセスは、電気穿孔（electroporation）という用語で既知である。当該崩壊の効果は、バクテリアを発酵させるための養分利用性が著しく増加するということである。好適には、ガス産出を増加させ、かつ堆積した基質（substrate）をより良く用いるために、この結果は、バイオガスプラントにおいて利用される。電気的崩壊の原理及び電気的崩壊の方法を使用するシステムは、投資費用、エネルギー入力及び含まれる設備の量に関して、代替の崩壊方法よりも優れている。
【０００５】
上述の特許文献１では、電場を変更するために高電圧源と協働する制御装置によって崩壊の効率が高められることが提案されている。制御装置は、電極と壁との間での電圧を変更するように構成されている。電場を変更することが崩壊の効率の著しい増加に帰着することが分かっている。崩壊の効率及び従ってその可能性（possible）が、特許文献１において提案された装置によって増加する。しかしながら、特許文献１において提案された装置は、ガスを生成するために使用される流体及び有機物質の混合物に依存して、例えば、再生可能な原料あるいは食肉処理廃棄物が使用されるか否かに依存して、及び有機物質が既に崩壊している程度に依存している。したがって、細胞集合を電気的に崩壊するための装置が変化する周囲状態に素早く適応できるように崩壊の効率を最適化する必要性が存在し、特にその結果、すなわち、装置に対する所定の入力電圧については、できるだけ強い電場がチャンバにおいて崩壊に利用可能であるように、装置が有機物質の変化した特性に素早く適応できる。
【０００６】
しかしながら、それらの構造上のデザインにより、例えばチャンバの接地に起因して、期待されるそれぞれの流体に対する校正によって予定されたプラント動作パラメータに依存することを意味した、さらなる面倒（ado）なしでチャンバ内の電場を直接的に測定することが可能ではないことが先行技術の装置で見つかっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】ドイツ実用新案第20 2011 004 177号(DE 20 2011 004 177 U1)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、この発明の目的は、変化する周囲状態に素早く適応できる電気的な崩壊用の装置を、より具体的には、有機物質の変更された特性に適応できる電気的な崩壊用の装置を特定することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は、電子制御ユニットが高電圧源の共振周波数を決定するための手段を有する初めに言及した種類の装置に対処する問題を解決する。この発明は、高電圧源が電極ボディ及びチャンバ壁で共振回路を形成するという認識に基づく。チャンバにおいて流体の温度、粘性、圧力あるいは体積流量に変更があるとすぐに、チャンバには誘電率の変化がある。次に、これは、物理学の一般に既知の原理に従って、共振回路の共振周波数に影響を及ぼす。場（field）の最適な生成が共振周波数で又は少なくとも共振周波数の近くで保証されるならば、当該周波数の決定が、チャンバでの変化する状態に応答するための適切な尺度（measure）であることが分かっている。
【００１０】
この発明の１つの好ましい発展（development）では、高電圧源が高電圧コイル及び測定コイルを有する。測定コイルは、共振周波数を決定するための手段に接続される。そして、測定コイル及び高電圧コイルは、同じコアに巻きつけられる。これにより、チャンバ自体との干渉を必要としないで、測定コイルによって共振周波数が決定されるという特別の利点が生成される。
【００１１】
測定コイル電圧で誘起された電圧を測定するとともに好ましくは電圧の周波数も測定し、かつさらに好ましくは電圧ランプ速度（voltage ramp rate）を決定するように、電子制御ユニットが構成されていることは好ましい。共通コアを介した測定コイル及び高電圧コイルの結合は、測定コイルの周波数が高電圧コイルでの周波数と同じであることを確実にする。共振周波数に到達しているとき、測定コイルで誘起された電圧が最大に増加する。これは、小さな技術的な努力で、測定コイルでの電圧曲線をモニターすることにより、共振周波数に到達したかどうかを、あるいはいつ共振周波数に到達したかを検知できることを意味する。
【００１２】
この発明の別の好ましい実施形態では、電子制御ユニットが、共振周波数を決定するための第１のプロセッサーを備えるコントローラと、高電圧源を駆動するための第２のプロセッサーを備える駆動ユニットとを有する。駆動ユニットは、高電圧源の電圧の、周波数、パルス幅及び振幅の少なくとも１つを制御するように構成されている。結果としてリソースをほとんど要求しない小さなプロセッサーを使用できるので、一方で測定コイルで誘起された電圧を分析することが好適であり、他方で２つの専用プロセッサーを使用して高電圧源がどのように駆動されるかが分かっている。好ましくは、コントローラは、測定コイルの測定された変数に応じて、駆動ユニットに制御コマンドを送るように構成されている。その結果、システム全体の周波数が、共振周波数に接近する。
【００１３】
装置の別の実施形態によれば、高電圧源は、同じコアに巻きつけられる一次コイルを有する。高電圧コイルとして上述のコイルは、二次コイルである。好ましくは、高電圧源は、直列に接続され、高電圧コイルに接続される複数の電圧ダブラー（voltage doubler）を有する。
【００１４】
好ましくは、電子制御ユニットは、高電圧源（好ましくは一次コイル）の電圧の、周波数、パルス幅及び振幅という変数の少なくとも１つを所定の間隔で自動的に且つステップで（in steps）変化させるように構成されている。好ましくは、電子制御ユニットは、第１の変更ステップ後に測定コイルで誘起された電圧が以前より高い場合、同じ方向のさらなる変更ステップを実行し、第１の変更ステップの後に測定コイルで誘起された電圧が前よりも低い場合、反対方向の変更ステップを実行するように構成されている。この手段によって、チャンバでの変化する状態に自動的に順応するシステムが提供される。変更ステップを実行することによって、測定コイルでの低周波数又は高周波数(あるいはパルス幅のような他のパラメーター)が、高い誘起された電圧に帰着するかどうかを決定するためにチェックが連続的になされる。初めに変更が第１の方向に行なわれる。そして、この変化が測定コイルで誘起された電圧の低減に帰着する場合、変化が常におおよそ（about）最大で交互に生じるまで、変更が反対方向に行われる。これは新しい最適なオペレーションモードである。コイルは、1Hz〜128Hzの間の周波数で任意選択でパルス化されてもよい。最適なオペレーションモード(最適な共振周波数)に到達しているとき、好ましくはこれが生じる。
【００１５】
好適には、１つの変更ステップから反対方向の変更ステップまでの時間間隔は、同じ方向の２つの変更ステップの間隔よりも短い。これは、周波数(あるいはパルス幅のような他のパラメーター)の変化に対する迅速な応答を保証する。
【００１６】
この発明は、細胞集合を電気的に崩壊するための装置の使用に関する。この発明は、
電極ボディが配置されるチャンバを提供するステップと、
細胞集合を含む流体をチャンバに供給するステップと、
細胞集合が崩壊するようにチャンバに電場を生成するステップと、
電極ボディに対して高電圧源と協働する電子制御ユニットによって電場を変更するステップと、
高電圧源の共振周波数を決定するステップとを持った装置の使用により、装置が対処する問題を解決する。
【００１７】
そのような使用及びその好ましい実施形態の利点に関して、創造性のある装置の記載が先に言及されている。
【００１８】
好ましくは、この発明に係るこの使用は、共振周波数の決定が、
測定コイルで誘起された電圧を測定するステップであって、高電圧源の測定コイル及び高電圧コイルが同じコアに巻きつけられるステップを含むように、開発される（developed）。
【００１９】
使用の好ましい実施形態では、電場を変更するステップは、高電圧源の電圧の
周波数と、
パルス幅と、
振幅と
の少なくとも１つを制御するステップを含む。
【００２０】
この発明に係る使用の別の好ましい実施形態では、これは、所定の間隔で自動的に且つステップで、高電圧源の、好ましくは一次コイルの電圧の
周波数と、
パルス幅と、
振幅と
の少なくとも１つの変数を変更するステップを含む。
【００２１】
この発明に係る使用は、
第１の変更ステップの後に測定コイルで誘起された電圧が以前よりも高い場合に、同じ方向にさらなる変更ステップを実行するステップと、
第１の変更ステップの後に測定コイルで誘起された電圧が以前よりも低い場合に、反対方向の変更ステップを実行するステップと
の少なくとも１つによってさらに開発される（developed）。
【００２２】
この発明は、添付された図を参照して、非常に詳しく説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】この発明に係る細胞集合を崩壊するための装置についての空間（spatial）図を示す。
【図２】この発明に係る装置の機能的な構造の概略部分図を示す。
【図３】この発明に係る装置の機能的な構造の別の概略部分図を示す。
【図４】この発明に係る装置の機能的な構造の別の概略部分図をさらに示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１に示される装置1は、ハウジング3を有する。ハウジング3のセクションは、円筒形である。チャンバ5は、ハウジング3の内部に配置される。チャンバ5のセクションは、中空のシリンダ形状である。
【００２５】
チャンバ5の中に流体を受け取るための入口7と、チャンバ5から流体を放出するための出口9とが、ハウジング3の２つの対向する端部に配置される。装置1は電極ユニット11を有する。電極ユニット11は、電極ヘッド13及び電極ボディ15を有する。ハウジング3で取り囲まれている電極ガイド17によって、電極ユニット11は、電極ボディ15がハウジング3のチャンバ5の内側で延在するように受け取られる。電極ガイド17は管状に延在した形であり、中央の開口16を画定する。好ましくは、電極ボディ15は、ねじ接続(図示せず)によってハウジング3及び電極ガイド17に接続される。オプションとして、電極ボディ15は、別の電極ガイド(図示せず)で電極ガイド17の向こうでハウジング3の側に取り付けられる。チャンバ5は、壁19を有する。壁19は電極ボディ15から電気的に絶縁される。オプションとして、チャンバ5の壁19は、セクションにおいて電気的に絶縁されるか、あるいは誘電体でコーティングされる。ハウジング3及び電極ユニット11が接地21によって接地される。オプションとして、ハウジング3及び電極ヘッド13は、接地21'によって同様に接続される。
【００２６】
入口7は、配管システムに接続するための、あるいは隣接した装置1(図示せず)に接続するためのフランジ25を有する。出口9は、配管システムに接続するために、あるいは隣接した装置1に接続するために同様に構成されているフランジ27を有する。この発明に係る崩壊の装置は、単一の装置1によって、あるいはフランジ25，27によって複数の装置1の連結によって形成される。
【００２７】
電極ユニット11は、電極ボディ15とチャンバ5の壁19との間で電場を生成するように構成されている。装置1は、電極ユニット11を駆動するための電子制御ユニット29を有する。これは、図２において詳細に示される。
【００２８】
電子制御ユニット29は、例えば230V、50HzのAC電圧源に接続するための電圧入力28を含むパワーユニット31を有する。パワーユニットは第１のプロセッサー35を含むコントローラ33に接続される。コントローラ33は、高電圧源及びチャンバ/電極ボディを備えるシステムの共振周波数を決定するように構成されている。
【００２９】
コントローラ33は、信号線43によって駆動ユニット37に接続される。駆動ユニット37は、第２のプロセッサー39を含み、コイルユニット54を駆動するように構成されている。コイルユニット54は、高電圧源56(図４を参照)の一部である。コントローラからデータを取り出すために、及び／又は、コントローラをプログラムするか又は制御するためのデータ交換線51が設けられている。
【００３０】
電極ヘッド13(図３)の領域では、コイルユニット54に供給された電圧が増加する（being multiplied）ことに帰着する高電圧コイル47が設けられる。高電圧コイル47によって提供された電圧が、同様に電極ボディ15と壁19との間に印加される。コントローラ33も、高電圧源56の共振周波数を決定できるように、信号線41によって高電圧源56に接続される。図４は、有利には、これがどのように実施されるかを示す。
【００３１】
図４に示されるコイルユニット54は、駆動ユニット37に接続されて、巻線の第一数（first number）を有する一次コイル53を有する。コイルユニット54は、巻線の第二数(好ましくは一次コイルでの巻線の第一数の倍数)を有する二次コイル55を有する。最後に、コイルユニット54は測定コイル57を有する。コイル53，55，57のすべては、同じコイルコア(例えばフェライトコア)に巻きつけられる。入力電圧は、一次コイル53及び二次コイル55によって変換される。測定コイル57で誘起された電圧と、好ましくは周波数のような他の変数とは、コントローラによって測定されるか、あるいは測定され且つコントローラに送信される。
【００３２】
二次コイルは、複数の電圧ダブラー（doubler）63に連結され、線61によって接地される。増加した（multiplied）電圧が、電極ボディ15と壁19との間に印加される。
【図１】
0006386033.tif 000002
【図２】
0006386033.tif 000003
【図３】
0006386033.tif 000004
【図４】
0006386033.tif 000005