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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Bestimmung einer Konzentration von Partikeln in einem Fluid.
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Partikel enthaltende Fluide entstehen bekanntermaßen bei Produktionsanlagen, die einen partikelbeladenen Abgasstrom oder Abwasserstrom oder dergleichen produzieren. Eine solche Produktionsanlage ist zum Beispiel ein Hochofen, ein Konverter, eine Vakuumbehandlungsanlage VD/VOD (vacuum degassing (VD) bzw. vacuum oxygen decarburization (VOD)), eine Müllverbrennungsanlage, eine Stranggießanlage, ein Walzwerk, Emulsionen nutzende spanende Bearbeitungsmaschine, eine Beizlinie, usw.. Die genannten Abgasströme werden typischerweise gereinigt, zum Beispiel in einer nassen Gaswäsche, wobei für die Reinigung und das Gaswaschwasserrecycling sowie für die Überwachung des Produktionsprozesses die Kenntnis der Partikelkonzentration wichtig ist.
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Die Überprüfung der Partikelkonzentration im Abgasstrom ist insbesondere dann schwierig, wenn die Temperatur des Abgasstroms hoch ist und folglich ein hoher Verschleiß bei der Partikelmessung entsteht. Dies ist zum Beispiel bei partikelbeladenen Abgasströmen und beim Austrag von Staub bzw. oxidiertem Grundmaterial, wie Eisen oder einem Legierungselement, das beim Hochofen- oder Konverterprozess entsteht, der Fall.
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Bei der Partikelabtrennung in der Prozesswasserbehandlung und der Schlammentwässerung kommen Flockungsmittel zum Einsatz. Bekanntermaßen wird bei der Entwässerung von Dünnschlamm Flockungsmittel hinzugefügt, dessen Dosierung allerdings nur auf Grundlage von Erfahrung und des Volumenstroms basiert. Bei Kühlwasserbehandlungsanlagen, die zum Beispiel Sand-/Kiesfilter, Lamellenklärer, Absetzbecken oder dergleichen einsetzen, wird in der Regel zur Verbesserung der Abscheidung von Partikeln Flockungsmittel proportional zum Volumenstrom dosiert. Mangels verlässlicher Partikelmessung erfolgt somit keine bedarfsgerechte Dosierung.
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Zur Überwachung der Partikelkonzentration in Gasen werden in der Regel optische Verfahren eingesetzt. Es sind Durchlicht- und Streulichtverfahren bekannt, die mit Hilfe einer Lichtquelle zum Beispiel eine Gasprobe bzw. eine Gasleitung durchleuchten. Ein Lichtdetektor empfängt das Licht, das von der Lichtquelle kommend a) von den Partikeln reflektiert oder b) durch die Gasprobe und die darin befindlichen Partikel abgeschwächt wird. Anhand der detektierten a) Reflektion oder b) Abschwächung kann die Partikelkonzentration in der Gasprobe ermittelt werden.
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Es sind allgemein verschiedene Verfahren zur Konzentrationsbestimmung von Partikeln in einem flüssigen Medium bekannt.
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Es sind Durchlicht- und Streulichtverfahren bekannt, die mit Hilfe einer Lichtquelle zum Beispiel eine Wasserprobe durchleuchten. Ein Lichtdetektor empfängt das Licht, das von der Lichtquelle kommend a) von den Partikeln reflektiert oder b) durch die Wasserprobe und die darin befindlichen Partikel abgeschwächt wird. Anhand der detektierten a) Reflektion oder b) Abschwächung kann die Partikelkonzentration in der Wasserprobe ermittelt werden. Der optimale Messbereich liegt zwischen 0,1 g/L und 1,5 g/L. Diese Messverfahren können in den oben beschriebenen Gaswäschern und Prozesswässern, aber auch Emulsionen aufgrund von Ablagerungen, Verschmutzung sowie geringer Lichtdurchlässigkeit nicht eingesetzt werden.
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Auf ähnliche Art und Weise wie das Licht kann man die Abschwächung von Mikrowellenstrahlung oder Ultraschallwellen, die durch eine zu analysierende Medienprobe gelenkt werden, zur Bestimmung der Partikelkonzentration in der Medienprobe verwenden. Hierbei werden verlässliche Werte bei Partikelkonzentrationen >2 g/L erzeugt.
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Außerdem sind auch Messverfahren bekannt, die den Corioliseffekt verwenden, um die Partikelkonzentration in flüssigen Medien zu bestimmen. Hier messen oszillierende Sensoren die Dichte des flüssigen Mediums, aus der sich die Partikelkonzentration ableiten lässt. Dieses Verfahren ist ab Partikelkonzentrationen >15 g/L einsetzbar und muss für den jeweiligen Anwendungsfall geprüft werden.
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Generell sind die beschriebenen Messverfahren für Ablagerungen, z.B. von Kalk und Verschmutzungen, die in industriellen Gaswaschwässern, Prozesswässern und Abwässern auftreten, sehr empfindlich. Dies führt zur Messwertverfälschung und hohem Instandhaltungsaufwand.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die oben genannten Nachteile des Standes der Technik wenigstens teilweise zu überwinden, wobei insbesondere sowohl kleine als auch große Partikelkonzentrationen bestimmt werden können.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Hauptanspruchs 1 und den Gegenstand des Anspruches 5 gelöst. Die Vorrichtung nach Hauptanspruch 1 bzw. das Verfahren nach Anspruch 5 kommen in den eingangs erwähnten technischen Gebieten zum Einsatz, insbesondere bei Produktionsanlagen, die einen partikelbeladenen Abgasstrom bzw. Abwasserstrom produzieren, wie zum Beispiel ein Hochofen, ein Konverter, eine Vakuumbehandlungsanlage VD/VOD (vacuum degassing (VD) bzw. vacuum oxygen decarburization (VOD)), eine Müllverbrennungsanlage, eine Stranggießanlage, ein Walzwerk, Emulsionen nutzende spanende Bearbeitungsmaschine, eine Beizlinie, usw. und auch Dünnschlammbehandlungsanlagen, Kühlwasserbehandlungsanlagen, die zum Beispiel Sand-/Kiesfilter, Lamellenklärer, Absetzbecken oder dergleichen einsetzen, usw. Das Fluid kann ein Prozesswasserstrom sein, der durch Leiten des Abgasstromes durch eine nasse Gaswäsche entsteht, ein Dünnschlamm, Kühlwasser oder ein sonstiges Fluid, das typischerweise in einer der genannten Anlagen - eventuell mit Gaswäscher - entsteht und partikelbehaftet ist.
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Die Vorrichtung zur Bestimmung einer Konzentration von Partikeln in einem Fluid umfasst in den Ausführungsbeispielen eine Messzelle mit mindestens einem Eingang und einem Ausgang. Das Fluid fließt durch den Eingang in die Messzelle hinein und durch den Ausgang hinaus. Die Messzelle kann dabei bis auf den Eingang und den Ausgang vollständig geschlossen sein, während sie bei anderen Ausführungsbeispielen auch auf einer Seite, z.B. oben, wenigstens teilweise offen sein kann. Die Partikel können grundsätzlich beliebiger Natur also magnetisch bzw. magnetisierbar oder auch nicht magnetisch sein (siehe auch weiter unten). Die Partikel sind typischerweise Partikel, die in einer der oben genannten Anlagen entstehen, wie z.B. Eisenpartikel, Zunderpartikel oder dergleichen.
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Außerdem umfasst die Vorrichtung einen Magnetabscheider, der derart ausgestaltet und angeordnet ist, dass er durch das von ihm in der Messzelle erzeugte Magnetfeld magnetisierbare Partikel in dem Fluid abscheidet. Das Magnetfeld zieht die magnetisierbaren Partikel in dem Fluid an, sodass diese am Magnetabscheider von dem Magnetfeld festgehalten werden. Der Magnetabscheider kann einen Permanentmagneten und/oder einen Elektromagneten aufweisen, um das für die Abscheidung der magnetisierbaren Partikel erforderliche Magnetfeld zu erzeugen.
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Die Vorrichtung umfasst eine Gewichtmesseinrichtung, die dazu ausgelegt ist, das Gewicht der abgeschiedenen Partikel zu messen. Dabei erfasst die Gewichtmesseinrichtung bei manchen Ausführungsbeispielen das Gewicht des Magnetabscheiders zusammen mit dem Gewicht der abgeschiedenen Partikeln, die an ihm haften.
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Die Vorrichtung umfasst weiter eine Auswerteeinrichtung, die dazu ausgelegt ist, die Konzentration der Partikel in dem Fluid in der Messzelle zu bestimmen. Dazu bezieht bei manchen Ausführungsbeispielen die Auswerteeinrichtung die Masse bzw. das Gewicht der abgeschiedenen Partikel auf das Volumen oder die Masse des Volumens an Fluid, aus dem die abgeschiedenen Partikel stammen. Der Gewichtsunterschied zwischen dem „sauberen“ Magnetabscheider ohne anhaftende Partikel und dem Magnetabscheider mit anhaftenden Partikeln zuzüglich der archimedischen Kraft entspricht dabei der Masse der abgeschiedenen und am Magnetabscheider haftenden Partikel.
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Der Gewichtsunterschied kann auch in einer etwas ungenaueren Näherung nicht die archimedische Kraft berücksichtigen.
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Im Sinne der Beschreibung umfasst der Begriff „magnetisierbar“ sowohl magnetische als auch magnetisierbare Partikel, die mit dem Magnetabscheider magnetisch wechselwirken. Dabei ist im Sinne der Beschreibung ein magnetisierbarer Partikel zunächst bzw. in feldfreier Umgebung nicht magnetisch, aber sobald dieser in die Umgebung des Magnetabscheiders gelangt, wird auch dieser Partikel magnetisch. Der Begriff „magnetisierbar“ umfasst im Sinne der Beschreibung auch den Begriff „magnetisch“, sodass magnetisierbare Partikel, diejenigen Partikel sind, die geeignet sind, um mittels des Magnetfelds des Magnetabscheiders aus dem Fluid abgeschieden zu werden.
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Die Auswerteeinheit kann einen Mikroprozessor umfassen, der entsprechend programmiert ist, die Partikelkonzentration zu berechnen. Die Masse der abgeschiedenen Partikel kann in der Auswerteeinheit ermittelt werden. Bei manchen Ausführungsbeispielen hat die Auswerteeinheit einen flüchtigen Speicher und/oder einen Festwertspeicher, in dem Werte, wie auch das Gewicht des sauberen Magnetabscheiders, gespeichert werden können, sodass der Mikroprozessor aus dem Unterschied zwischen dem gespeicherten Gewicht des sauberen Magnetabscheiders und dem von der Gewichtmesseinrichtung ermittelten Gewichts des Magnetabscheiders mit abgeschiedenen Partikeln die Masse der abgeschiedenen Partikel ermitteln kann. Bei manchen Ausführungsbeispielen ist zum Beispiel die Dichte der Partikel und des Fluids gespeichert, aus dem die Partikel abgeschieden werden. Außerdem kann die Auswerteeinheit dazu eingerichtet sein, die ermittelte Partikelkonzentration auszugeben, sodass sie von einer anderen Vorrichtung, bspw. zur Steuerung einer Produktionsanlage oder zur Steuerung von Mitteln, die Partikel aus dem Fluid entfernen, verwendet werden kann oder auf einer Anzeige abgelesen werden kann.
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Im Sinne der Beschreibung umfasst der Begriff „Gewicht“ auch den verwandten Begriff der „Masse“. Genau betrachtet ist allerdings die Masse, welche beispielsweise in Kilogramm angegeben wird, ungleich dem Gewicht, da sich das Gewicht oder die Gewichtskraft aufgrund der auf einen Körper ausgeübten Gravitationskraft, welche proportional zu der Masse des Körpers ist, ergibt. Im Sinne der Beschreibung ist vereinfachend eine Proportionalität zumindest des Werts der Gewichtskraft zur Masse gegeben. Im Sinne der Beschreibung ist der Wert der „Masse“ eine zum Wert des „Gewichts“ proportionale Größe.
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Bei anderen Ausführungsbeispielen ist die Gewichtmesseinrichtung dazu eingerichtet, das Gewicht der an dem Magnetabscheider haftenden Partikel an die Auswerteeinheit zu übermitteln. Dazu kann die Gewichtmesseinrichtung entsprechend mit einer Kalibrierfunktion versehen und auf das Gewicht des sauberen Magnetabscheiders kalibriert sein, sodass nur die Masse bzw. das Gewicht der an dem Magnetabscheider haftenden Partikel ermittelt und ausgegeben wird.
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Durch die Abscheidung der Partikel durch einen Magnetabscheider ist es bei manchen Ausführungsbeispielen auch bei hohen Verschmutzungen, d.h. bei hohen Partikelkonzentrationen möglich, die Partikelkonzentration zuverlässig zu messen - im Gegensatz zum Beispiel zum oben genannten Stand der Technik, der für die Ermittlung von Partikelkonzentrationen die Abschwächung von Licht-, Mikro- oder Schallwellen heranzieht. Außerdem können Magnetabscheider kostengünstig hergestellt werden und sind auf dem Markt in den verschiedensten Ausgestaltungen erhältlich und somit auch für den jeweiligen Bedarf einfach zu beschaffen.
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Mit Hilfe der Messvorrichtung kann eine Partikelkonzentration bestimmt werden, die im Bereich von 0,01 bis 20 g/L liegt. Durch die definierte Verdünnung eines Teilstroms des Fluids vor dem Eintritt in die Messzelle und/oder eine Vergrößerung des Magnetabscheiders können auch Partikelkonzentrationen >20 g/L gemessen werden. Somit können im Vergleich zu bereits kommerziell verfügbaren Verfahren sehr kleine (<0,1 g/L) und sehr große Partikelkonzentrationen ermittelt werden.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen fließt ein vorgegebenes Volumen bzw. ein vorgegebener Volumenstrom des Fluids pro Zeiteinheit durch die Messzelle. Dazu kann die Messzelle entsprechend verstellbare bzw. eingestellte Ventile am Ein- und/oder Ausgang aufweisen, die die Menge und/oder Strömungsgeschwindigkeit des in die Messzelle ein- und/oder ausfließenden Fluids vorgeben. Die Ventile sind bei manchen Ausführungsbeispielen elektrisch, magnetisch, pneumatisch, hydraulisch oder auf andere Art und Weise steuerbar und können zum Beispiel von der Auswerteeinheit gesteuert werden, um einen vorgegebenen Volumenstrom einzustellen. Die Geometrie der Messzelle ist bei manchen Ausführungsbeispielen an das Fluid und die Partikelkonzentration von Partikeln angepasst, z.B., indem es eine die Strömung des Fluids unterstützende und/oder Turbulenzen vermeidende Formgebung hat, usw. Die Messzelle kann dabei auch als Strömungskanal ausgebildet sein. Der Durchmesser der Messzelle kann dem des Eingangs bzw. des Ausgangs für das Fluid entsprechen. Die Messzelle kann einen rechteckigen, runden (kreisförmig, elliptisch) oder anderen Querschnitt haben, usw.
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Zur Feststellung des Volumens des Fluids in der Messzelle können auch vor und/oder nach dem Ausgang Strömungsgeschwindigkeits- und/oder Durchflusssensoren oder dergleichen angeordnet sein, die eine Strömungsgeschwindigkeit des ein- bzw. ausfließenden flüssigen Mediums bzw. die Durchflussmenge ermitteln und die entsprechenden Werte an die Auswerteeinheit übermitteln, damit diese daraus den Volumenstrom des Fluids bestimmen kann, aus dem die Partikel abgeschieden werden.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen ist der Magnetabscheider derart ausgestaltet, dass alle magnetischen Partikel aus dem Fluid in der Messzelle abgeschieden werden. Das von dem Magnetabscheider erzeugte Magnetfeld ist bei manchen Ausführungsbeispielen derart ausgestaltet, dass (nahezu) alle magnetischen bzw. magnetisierbaren Partikel aus dem Fluid abgeschieden werden. Das erzeugte Magnetfeld kann bei manchen Ausführungsbeispielen auf die konkrete Geometrie der Messzelle, das Volumen des Fluids, die Partikelkonzentration, die Partikelart, die (durchschnittliche) Partikelgröße, das (durchschnittliche) Partikelgewicht oder dergleichen abgestimmt sein. Außerdem kann das Magnetfeld einstellbar sein. Bei manchen Ausführungsbeispielen stellt die Auswerteeinheit das Magnetfeld entsprechend ein, dass alle Partikel in der Messzelle abgeschieden werden.
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Der Magnetabscheider kann derart ausgestaltet sein, dass die abgeschiedenen Partikel automatisch von dem Magnetabscheider entfernbar sind. Zum Beispiel kann das Magnetfeld des Magnetabscheiders bei manchen Ausführungsbeispielen abgeschaltet werden, sodass die Partikel nicht mehr an dem Magnetabscheider haften. Der Magnetabscheider kann auch (zusätzlich) zweiteilig aufgebaut sein. Ein erster Teil erzeugt das Magnetfeld, bspw. mittels Permanentmagneten, und ist innerhalb des zweiten Teils derart angeordnet, dass sich die Partikel an der Außenseite des zweiten Teils abscheiden. Wird der erste Teil aus dem zweiten Teil entfernt, so haften die Partikel nicht mehr an der Außenseite. Bei manchen Ausführungsbeispielen wird dann die Messzelle mit einer Spülflüssigkeit gespült. Dazu kann die Messzelle zusätzlich einen Spüleingang und Spülausgang für die Spülflüssigkeit aufweisen.
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Allgemein kann ein Messverfahren zur Bestimmung einer Konzentration von Partikeln in einem Fluid die Schritte umfassen:
- - Erzeugen einer vorgegebenen Strömung des Fluids;
- - Ermitteln eines Volumens des strömenden Fluids;
- - Abscheiden magnetisierbarer Partikel in dem ermittelten Volumen des Fluids durch Anwenden eines magnetischen Feldes;
- - Bestimmen des Gewichts der abgeschiedenen Partikel und
- - Berechnung der Konzentration der in dem Fluid enthaltenen Partikel.
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Dieses Messverfahren kann bspw. von der Auswerteeinheit bzw. deren Mikroprozessor der oben beschriebenen Vorrichtung oder von einer anderen entsprechend zur Ausführung des Messverfahrens ausgestalteten Vorrichtung ausgeführt werden.
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Mit dem Messverfahren kann eine Konzentration von Partikeln in einem Fluid bestimmt werden. Mittels eines Gaswäschers ist es möglich, eine Partikelkonzentration in einem Gasstrom zu ermitteln, indem mittels des Gaswäschers eine Mischung mit einem Flüssigkeitsstrom durchgeführt werden kann, um den Gasstrom, in dem die Konzentration von Partikeln bestimmt werden soll, in einen Fluidstrom bzw. Flüssigkeitsstrom zu überführen. Sofern die Partikelkonzentration in dem Flüssigkeitsstrom, mit dem der Gasstrom gemischt wird, bekannt ist, kann auf die Konzentration in dem Fluid, welche bestimmt wird, auf die Konzentration im Gasstrom rückgeschlossen werden.
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Im Sinne der Beschreibung umfasst der Begriff „Volumen“ des strömenden Fluids die Betrachtung eines stationären oder auch bewegten Volumens des Fluids. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein stationäres oder bewegtes Volumen des Fluids betrachtet wird und die in dem Volumen befindlichen Partikel abgeschieden werden. Der Begriff „Volumen“ des strömenden Fluids kann auch einen „Volumenstrom“ umfassen, bei dem eine Durchflussmenge durch das betrachtete Volumen der Messzelle berücksichtigt wird.
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Vor dem Abscheiden können bei manchen Ausführungsbeispielen magnetisierbare oder magnetische Trägerpartikel dem Fluid zugesetzt werden, die eine Verbindung mit nicht magnetischen Partikel in dem Fluid eingehen, z.B. mit Hilfe eines Flockungsmittels, sodass die nicht magnetischen Partikel durch die mit ihnen verbundenen magnetischen Trägerpartikel abgeschieden werden können. Die magnetisierbaren oder magnetischen Trägerpartikel können sich chemisch, physikalisch oder auf andere Art und Weise mit den abzuscheidenden nicht magnetisierbaren Partikeln verbinden. Die Trägerpartikel können auf eine Verbindung mit den nicht magnetischen und nicht magnetisierbaren Partikeln in dem Fluid abgestimmt sein. Bei manchen Ausführungsbeispielen ist die Trägerpartikelkonzentration in dem Fluid bekannt und bspw. in der Auswerteeinheit gespeichert, sodass der Gewichtsanteil der Trägerpartikel von dem gemessenen Gesamtgewicht abziehbar ist und somit die Partikelkonzentration der Partikel in dem Fluid ohne die Trägerpartikel ermittelt werden kann.
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Wie erwähnt, können die die abgeschiedenen Partikel automatisch entfernt werden, indem bspw. der Magnetabscheider wie oben ausgeführt ausgestaltet ist.
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Außerdem kann, wie ebenfalls oben erwähnt, eine Strömungsgeschwindigkeit des Fluids ermittelt werden und/oder es kann eine konstante Strömungsgeschwindigkeit des Fluids eingestellt werden und/oder es können die magnetischen Partikel in einem vorgegebenen Volumen abgeschieden werden.
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Manche Ausführungsbeispiele betreffen auch eine Produktionsanlage, wie sie oben erwähnt wurde bzw. eine Reinigungsanlage zum Reinigen von Abgasströmen/Abwasserströmen oder sonstigen Fluiden, die in einer derartigen Produktionsanlage entstehen. Die Produktions-/Reinigungsanlage hat eine Steuerung, die die Partikelkonzentration durch Ausführung des oben beschriebenen Messverfahrens erhält und/oder von der Auswerteeinheit der oben beschriebenen Vorrichtung. Anhand der Partikelkonzentration werden dann die Partikel aus dem Fluid entfernt, indem bspw. Flockungsmittel in der entsprechenden Dosierung hinzugefügt wird.
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Bei manchen Ausführungsbeispielen erfolgt die Reinigung des Fluids allerdings auch durch das oben beschriebene Verfahren bzw. die oben beschriebene Vorrichtung. Dies kann bspw. bei Fluiden mit einer sehr geringen Partikelkonzentration sinnvoll sein.
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Die Erfindung wird nachfolgend von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Darin zeigt:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung zur Messung einer Konzentration von Partikeln in einem Fluid;
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung zur Messung einer Konzentration von Partikeln in einem Fluid; und
- 3 ein Ablaufschema eines Messverfahrens das Schaltsystem von 1 in einer Schnittdarstellung, wobei die Schaltpole in einem nicht ausgelösten Betriebszustand sind.
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1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer Messvorrichtung 1 zur Messung der Konzentration von Partikeln 6 in einem Fluid 5.
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Die Messvorrichtung 1 hat eine Messzelle 2, durch die das Fluid 5 über einen als Zuleitung 3 ausgestalteten Eingang zugeführt und einen als Ableitung 4 ausgestalteten Ausgang abgeführt wird. Die Messzelle 2 hat ein definiertes Volumen 7. Dementsprechend hat das Fluid 5 in der Messzelle 2 ebenfalls im Wesentlichen das Volumen 7 - bis auf Bauteile, die neben dem flüssigen Medium 5 in der Messzelle 2 angeordnet sind, wie bspw. der weiter unten erläuterte Magnetabscheider 8.
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Um den Durchfluss durch die Messzelle 2 zu erfassen und zu steuern, ist in der Zuleitung 3 eine Zulaufdurchflusseinrichtung 11 und in der Ableitung 4 eine Ablaufdurchflusseinrichtung 12 vorgesehen. Die Zulaufdurchflusseinrichtung 11 und die Ablaufdurchflusseinrichtung 12 sind jeweils dazu eingerichtet, die Strömungsgeschwindigkeit des durch sie fließenden Fluids 5 zu ermitteln und die Strömungsgeschwindigkeit einzustellen.
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Die Messvorrichtung 1 hat einen Magnetabscheider 8, der bei diesem Ausführungsbeispiel als zylindrischer Elektromagnet ausgebildet ist und in der Messzelle 2 angeordnet ist. Der Magnetabscheider 8 ist über eine Halterung 13 mit einem Gewichtmesser 9 verbunden, der wiederum an einer Stütze 18 befestigt ist. Der Gewichtmesser 9 misst das Gewicht des Magnetabscheiders 8.
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Der Magnetabscheider 8 erzeugt ein Magnetfeld, das die magnetischen bzw. magnetisierbaren Partikel 6 anzieht und so diese Partikel 6 an dem Magnetabscheider 8 abscheidet. Die Partikel 6 haften dann an dem Magnetabscheider 8.
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Eine Auswerteeinheit 10 der Messvorrichtung 1 ist zur Steuerung des Magnetfeldes des Magnetabscheiders 8 mit diesem über eine Leitung 13 verbunden. Zum Datenempfang von und zur Steuerung der Zulaufdurchflusseinrichtung 11 ist die Auswerteeinheit 10 mit dieser über eine Leitung 14 verbunden und mit der Ablaufdurchflusseinrichtung 12 ist sie über eine Leitung 15 verbunden. Außerdem empfängt die Auswerteeinheit 10 von dem Gewichtmesser 9 Gewichtsdaten über eine Leitung 17.
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Die Auswerteeinheit 10 wertet die empfangenen Gewichtsdaten aus und ermittelt aus dem bekannten Volumen des Fluids 5 in der Messzelle 2 und der Annahme, dass alle Partikel 6 in diesem Volumen an dem Magnetabscheider 8 anhaften eine Partikelkonzentration des Fluids 5 in der Messzelle 2 aus (in 1 ist zur Veranschaulichung ein Zustand visualisiert, bei dem noch nicht alle Partikel 6 an dem Magnetabscheider 8 anhaften). Wie oben ausgeführt, entspricht das Volumen 7 der Messzelle 2 nicht unbedingt exakt dem Volumen des Fluids 5 aufgrund bspw. des Magnetabscheiders 8. Entsprechend ermittelt die Auswerteeinheit 10 das Volumen des in der Messzelle 2 befindlichen Fluids 5 anhand der von der Zulaufdurchflusseinrichtung 11 und der Ablaufdurchflusseinrichtung 12 übermittelten Durchflussmengen. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist einfach das Volumen, das das Fluid in der Messzelle 2 einnimmt, in der Auswerteeinheit 10 gespeichert.
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Im vorliegenden Beispiel ist das Netto-Gewicht des Magnetabscheiders 8 ohne anhaftende Partikel 6 in einem Festwertspeicher der Auswerteeinheit 10 gespeichert. Die Auswerteeinheit 10 hat einen Mikroprozessor, der aus den empfangenen Gewichtsdaten und dem gespeicherten Netto-Gewichtswert des Magnetabscheiders 8 ein Gewicht der anhaftenden Partikel 6 ermittelt und daraus die Partikelkonzentration berechnet.
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Die Partikelkonzentration kann von der Auswerteeinheit bspw. über eine Leitung oder drahtlos ausgegeben werden und zum Beispiel, wie oben angedeutet, von einer Steuerung einer Produktionsanlage empfangen werden. Bei manchen Ausführungsbeispielen hat die Auswerteeinheit auch eine Anzeige, auf der die Partikelkonzentration und/oder das ermittelte Partikelgewicht und/oder das Volumen des Fluids, aus dem die Partikel abgeschieden wurden, ausgegeben werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der 1 ist der Gewichtmesser 9 und der Magnetabscheider 8 praktisch in einer bzw. als eine Einheit gebildet.
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Wenn der Magnetabscheider 8 gereinigt werden soll, schaltet die Auswerteeinheit 10 den Magnetabscheider 8a ab, sodass er kein Magnetfeld mehr erzeugt und die Partikel 6 abfallen. Die Messzelle kann dann bspw. mittels einer Reinigungsflüssigkeit gespült werden und die Partikel 6 werden entfernt. Bei manchen Ausführungsbeispielen ist in der Auswerteeinheit 10 ein entsprechendes Reinigungsprogramm für die Messzelle 2 gespeichert.
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Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf 2 im zweiten Ausführungsbeispiel eine Messvorrichtung 21 zur Messung der Partikelkonzentration von Partikeln 26 in einem Fluid 25 erläutert. Der Aufbau und die Funktionsweise identischer Komponenten der beiden Ausführungsbeispiele sind auch im Wesentlichen identisch.
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Die Messvorrichtung 21 hat eine Messzelle 22, durch die das Fluid 25 über einen als Zuleitung 23 ausgestalteten Eingang zugeführt und einen als Ableitung 24 ausgestalteten Ausgang abgeführt wird. Die Messzelle 22 hat ein definiertes Volumen 27. Dementsprechend hat das Fluid 25 in der Messzelle 22 ebenfalls im Wesentlichen das Volumen 27 - bis auf Bauteile, die neben dem flüssigen Medium 25 in der Messzelle 22 angeordnet sind, wie bspw. der weiter unten erläuterte Magnetabscheider 28.
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Um den Durchfluss durch die Messzelle 22 zu erfassen und zu steuern ist in der Zuleitung 23 eine Zulaufdurchflusseinrichtung 31 und in der Ableitung 24 eine Ablaufdurchflusseinrichtung 32 vorgesehen. Die Zulaufdurchflusseinrichtung 31 und die Ablaufdurchflusseinrichtung 32 sind jeweils dazu eingerichtet, die Strömungsgeschwindigkeit des durch sie fließenden Fluids 25 zu ermitteln und die Strömungsgeschwindigkeit einzustellen.
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Die Messvorrichtung 21 hat einen Magnetabscheider 28, der bei diesem Ausführungsbeispiel mehrere Magnetstäbe 28a, 28b, 28c und 28d aufweist, die jeweils als Permanentmagnete ausgebildet sind. Der Magnetabscheider 28 ist über eine Halterung 33 an einer Stütze 38 befestigt. Die Halterung 33 ist wiederum mit einem Linearantrieb 39 verbunden, der den Magnetabscheider 28 mit seinen einzelnen Magnetstäben 28a bis 28d auf- und abwärtsbewegen kann.
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Im vorliegenden Ausführungsbeispiel hat der Magnetabscheider 28 vier Magnetstäbe 28a bis 28d. Bei anderen Ausführungsbeispielen können auch mehr Magnetstäbe vorhanden sein und diese können grundsätzlich beliebig angeordnet sein.
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Die Magnetstäbe 28a bis 28d können in einen entsprechenden Abscheideabschnitt des Magnetabscheiders 28 eingreifen, der aus vier Abscheideröhren 40a bis 40d gebildet ist, wobei die Abscheideröhren 40a bis 40d untereinander verbunden sind. Die Magnetstäbe 28a bis 28d sind im Betrieb der Messzelle 22 vollständig und im Wesentlichen fluiddicht in den Abscheideröhren 40a bis 40d angeordnet. Entsprechend werden die magnetischen Partikel 26 von dem von den Magnetstäben 28a bis 28d erzeugten Magnetfeld angezogen und haften an der Außenseite der Abscheideröhren 40a bis 40d und gelangen nicht in deren Inneres. Folglich haften an den Magnetstäben 28a bis 28d keine Partikel 26.
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Die Abscheideröhren 40a bis 40d sind über eine Halterung 41 und einen Haltestab 42 mit einem Gewichtmesser 29 verbunden, der wiederum an der Stütze 38 befestigt ist. Der Gewichtmesser 29 misst das Gewicht der Abscheideröhren 40a bis 40d mit der Halterung 41 und dem Haltestab 42.
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Eine Auswerteeinheit 30 der Messvorrichtung 21 ist zur Steuerung des Linearantriebs 39 mit diesem über eine Leitung 36 verbunden. Zum Datenempfang von und zur Steuerung der Zulaufdurchflusseinrichtung 31 ist die Auswerteeinheit 30 mit dieser über eine Leitung 34 verbunden und mit der Ablaufdurchflusseinrichtung 32 ist sie über eine Leitung 35 verbunden. Außerdem empfängt die Auswerteeinheit 30 von dem Gewichtmesser 29 Gewichtsdaten über eine Leitung 37. Die Auswerteeinheit 30 ermittelt das Volumen des in der Messzelle 22 befindlichen Fluids 25 anhand der von der Zulaufdurchflusseinrichtung 31 und der Ablaufdurchflusseinrichtung 32 übermittelten Durchflussmengen.
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Die Auswerteeinheit 30 wertet die empfangenen Gewichtsdaten aus, wie es auch schon im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel erläutert wurde, und ermittelt aus dem bekannten bzw. ermittelten Volumen des Fluids 25 und der Annahme, dass alle Partikel 26 des Fluids 25 in der Messzelle 22 an den Abscheideröhren 40a bis 40d anhaften, eine Partikelkonzentration des Fluids 25 in der Messzelle 22 (in 2 ist zur Veranschaulichung ein Zustand visualisiert, bei dem noch nicht alle Partikel 26 an den Abscheideröhren 40a bis 40d anhaften).
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Im vorliegenden Beispiel ist der Gewichtmesser 29 derart kalibriert, dass er das Gewicht der an den Abscheideröhren 40a bis 40d anhaftenden Partikel 26 über die Leitung 37 an die Auswerteeinheit 30 überträgt. Die Auswerteeinheit 30 hat einen Mikroprozessor, der aus den empfangenen Gewichtsdaten und dem bekannten Volumen des in der Messzelle 22 enthaltenen Volumens, aus dem die Partikel 26 abgeschieden wurden, eine Partikelkonzentration ermittelt.
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Zur Reinigung des Magnetabscheiders 28 steuert die Auswerteeinheit 30 den Linearantrieb 39 derart, dass die Magnetstäbe 28a bis 28d aus den Abscheideröhren 40a bis 40d herausgefahren werden, sodass die an den Abscheideröhren 40a bis 40d haftenden Partikel 26 abfallen, da das Magnetfeld der Magnetstäbe 28a bis 28d nicht mehr auf sie wirkt. Dazu ist der Abstand der oberen Wandung der Messzelle 2 zu den Abscheideröhren 40a bis 40d entsprechend bemessen (in 2 ist der Abstand zwischen Abscheideröhren 40a bis 40d und der oberen Messzellenwand kleiner dargestellt als er in Wirklichkeit ist). Bei anderen Ausführungsbeispielen ist die Messzelle 22 an der Oberseite mit einer entsprechenden Öffnung versehen, durch die der Magnetabscheider 28 herausgefahren werden kann. Wie oben bereits erwähnt, kann dann die Messzelle 22 mit einer Spülflüssigkeit gespült werden, um die Partikel 26 aus ihr zu entfernen.
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Die Partikelkonzentration kann von der Auswerteeinheit 30, wie oben bereits ausgeführt, bspw. über eine Leitung oder drahtlos ausgegeben werden und zum Beispiel, wie oben angedeutet, von einer Steuerung einer Produktionsanlage empfangen werden. Bei manchen Ausführungsbeispielen hat die Auswerteeinheit 30 auch eine Anzeige, auf der die Partikelkonzentration und/oder das ermittelte Partikelgewicht und/oder das Volumen des Fluids, aus dem die Partikel abgeschieden wurden, ausgegeben werden.
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In 3 ist ein Ablaufschema eines Messverfahrens zur Bestimmung einer Konzentration von Partikeln in einem Fluid veranschaulicht. Das Messverfahren wird in einer Reinigungs- oder Produktionsanlage bspw. von der Auswerteeinheit 10 bzw. 30 des ersten bzw. zweiten Ausführungsbeispiels ausgeführt oder von einem Mikroprozessor oder dergleichen.
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Das Verfahren startet bei 50 und erzeugt in einem Schritt 51 eine vorgegebene Strömung des Fluids. Die Strömung des Fluids wird zum Beispiel durch einen Abstrom einer Produktionsanlage gebildet und bspw. durch ein Ventil, einen Strömungsbegrenzer oder dergleichen festgelegt.
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In einem nächsten Schritt 52 wird ein Volumen des strömenden Fluids ermittelt. Das Volumen kann dabei, wie oben ausgeführt, durch das Volumen einer Messzelle oder dergleichen festgelegt sein. Es kann aber auch durch eine Durchflussmengenbestimmung oder dergleichen ermittelt werden, wie es oben bereits ausgeführt wurde.
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Als Nächstes werden bei 53 magnetisierbare Partikel in dem ermittelten Volumen des Fluids durch Anwenden eines magnetischen Feldes zu praktisch 100 Prozent abgeschieden.
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Die Masse der abgeschiedenen Partikel wird bei 54 bestimmt. Anhand der nun bekannten Masse der abgeschiedenen Partikel wird bei 55 die Konzentration der in dem ermittelten Volumen des Fluids enthaltenen Partikel bestimmt. Anschließend kann der Messzyklus beendet 56 oder wiederholt werden 57, bis die maximale Magnetbeladung erreicht ist. Nach der Abreinigung des Magnetabscheiders kann der Zyklus von neuem beginnen.
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Wie oben ausgeführt, kann die so bestimmte Partikelkonzentration bspw. für die Dosierung eines Flockungsmittels zur Entfernung der Partikel aus dem Fluid verwendet werden.
