DE19909252A1 - Liquid medium pumping method involves feeding non-miscible magnetic fluid regions with magnetic fields varied in accordance with program into circuit during transportation of medium - Google Patents

Liquid medium pumping method involves feeding non-miscible magnetic fluid regions with magnetic fields varied in accordance with program into circuit during transportation of medium

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Abstract

The method involves feeding non-miscible magnetic fluid regions with magnetic fields varied in accordance with a program into the circuit during transportation of the medium, whereby the fluid medium is fed between the magnetic fluid regions, sucked in and ejected. The fluid medium is separated from the magnetic fluid regions by a magnetic field. An Independent claim is also included for an arrangement for pumping a liquid medium.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Pumpen von fluiden Medien gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 3.The invention relates to a method and a Device for pumping fluid media according to the Preambles of claims 1 and 3.

Verfahren und Vorrichtung zum Pumpen von fluiden Medien wie Flüssigkeiten und Gase, die auch als mehrphasige Systeme vorliegen können, unter Verwendung von sogenannter Magnetofluide sind nicht bekannt.Method and device for pumping fluid media like liquids and gases, also called multiphase Systems may be using so-called magnetic fluids are not known.

Magnetofluide sind stabile Dispersionen mit superparamagnetischen Eigenschaften. Die Dispersionen bestehen im allgemeinen aus der magnetischen Komponente, aus amphiphilen Zusätzen und einer Trägerflüssigkeit. Als magnetische Komponente werden fern- oder ferrommagnetische Teilchen Verwendet, deren Teilchengröße zwischen 3 und 50 nm liegt. Die Teilchen erhalten durch die sogenannten amphiphilen Zusätze entweder hydrophile oder hydrophobe Eigenschaften und können dadurch homogen entweder in wäßrigen oder organischen Trägerflüssigkeiten fein verteilt werden. Die Zusammensetzung des Magnetofluids richtet sich nach seiner Anwendung, nach der die erwünschte Sättigungsmagnetisierung, die Viskosität und die chemische Zusammensetzung festgelegt wird. Die Sättigungsmagnetisierung bestimmt die Wechselwirkung des Magnetofluids im Magnetfeld. Je stärker die Magnetisierung ist, um so besser ist die Manipulier­ barkeit der Magnetofluide im Magnetfeld.Magnetofluids are stable dispersions with superparamagnetic properties. The dispersions generally consist of the magnetic Component, from amphiphilic additives and one Carrier liquid. As a magnetic component remote or ferromagnetic particles used, the Particle size is between 3 and 50 nm. The particles obtained through the so-called amphiphilic additives either hydrophilic or hydrophobic properties and can be homogeneous either in aqueous or organic carrier liquids can be finely distributed. The composition of the magnetic fluid depends on its application, according to which the desired  Saturation magnetization, the viscosity and the chemical composition is determined. The Saturation magnetization determines the interaction of the magnetic fluid in the magnetic field. The stronger the Magnetization is the better the manipulation availability of the magnetic fluids in the magnetic field.

Die Trägerflüssigkeit besteht insbesondere aus hochsiedenden Flüssigkeiten, um ein Verdampfen der Trägerflüssigkeit zu vermeiden. Die Art der amphiphilen Zusätze (Tenside) richtet sich sowohl nach der verwendeten magnetischen Komponente als auch nach der Trägerflüssigkeit. Die Art der Tenside bestimmt ihre Fixierbarkeit an der Teilchenoberfläche der magnetischen Komponente beziehungsweise die Löslichkeit der Teilchen in der jeweiligen Trägerflüssigkeit.The carrier liquid consists in particular of high boiling liquids to prevent evaporation of the Avoid carrier liquid. The type of amphiphilic Additives (surfactants) depends on both used magnetic component as well after Carrier liquid. The type of surfactants determines theirs Fixability on the particle surface of the magnetic component or solubility of the particles in the respective carrier liquid.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Pumpen von fluiden Medien anzubieten, bei denen keine mechanische Teile für die Beförderung des zu transportierenden fluiden Mediums erforderlich sind, so daß keine Verschleißprobleme mehr auftreten.The invention has for its object a method and a device for pumping fluid media to offer, where no mechanical parts for the Transport of the fluid medium to be transported are required so that no more wear problems occur.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 3.The problem is solved with the characteristic Features of claims 1 and 3.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.The invention is illustrated by a drawing explained.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Förderung eines Magnetofluidtropfens in einem Magnetfeld, Fig. 1 is a schematic representation of the promotion of a magnetic fluid droplet in a magnetic field,

Fig. 2 schematische Darstellung der Förderung eines Magnetofluidtropfens in einem Kreislauf, Fig. 2 shows a schematic representation of the promotion of a magnetic fluid drop in a circuit,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Pumpen. Fig. 3 is a schematic representation of a device for pumping.

Fig. 1 zeigt einen prinzipiellen Verfahrensablauf einer Vorrichtung zum Pumpen von fluiden Medien, im folgenden Magnetofluidpumpe genannt. An einer Förderstrecke 7 ist eine Magnetkombination 5 angeordnet. Die Magnet­ kombination 5 besteht aus mehreren entlang der Förderstrecke 7 vorgesehenen Spulen 13.1 bis 13.6. Ein Rechner 12, eine Schalteinrichtung 10 sowie eine Stromversorgung 14, die mit den Spulen 13.1 bis 13.6 verbunden sind, erzeugen ein von der Spule 13.1 bis zur Spule 13.6 wanderndes Magnetfeld. Ein Magnetofluid­ tropfen, hier als Magnetofluidkolben 4 bezeichnet, wird aufgrund der Wirkung des wandernden Magnetfeldes innerhalb der Magnetkombination 5 in der Förderstrecke 7 vorwärts bewegt und drückt dabei das zu fördernde fluide Medium vor sich her. Fig. 1 shows a basic process flow of an apparatus for pumping fluid media, hereinafter called magnetic fluid pump. A magnet combination 5 is arranged on a conveyor section 7 . The magnetic combination 5 consists of several coils 13.1 to 13.6 provided along the conveyor path 7 . A computer 12 , a switching device 10 and a power supply 14 , which are connected to the coils 13.1 to 13.6 , generate a magnetic field traveling from the coil 13.1 to the coil 13.6 . A magnetic fluid drop, referred to here as a magnetic fluid piston 4 , is moved forward in the conveying path 7 due to the effect of the traveling magnetic field within the magnetic combination 5 and thereby presses the fluid medium to be conveyed in front of it.

Fig. 2 zeigt, ebenfalls in schematischer Darstellung, das Befördern eines Magnetofluidkolbens 4 in einer kreislaufförmig angeordneten Förderstrecke 7. Die Versorgung der Magnetkombination mit den Spulen 13.1 bis 13.14 mit der notwendigen Elektroenergie erfolgt über eine zusätzliche Stromversorgung 15. FIG. 2 shows, likewise in a schematic representation, the conveyance of a magnetofluid piston 4 in a conveying path 7 arranged in a circuit. The supply of the magnetic combination with the coils 13.1 to 13.14 with the necessary electrical energy takes place via an additional power supply 15 .

Fig. 3 zeigt einen prinzipiellen Aufbau einer Magnetofluidpumpe gemäß der Erfindung. In einem Förderkreislauf 1 sind die Magnetofluidkolben 4.1 bis 4.7 angeordnet. Die Magnetkombination 5, in der ein wanderndes Magnetfeld erzeugt wird, ist hier nicht gesondert dargestellt worden. Zwischen den Magnetofluidkolben 4 befindet sich die zu fördernde Flüssigkeit. Das programmäßig ablaufende wandernde Magnetfeld schiebt die Magnetofluidkolben 4 durch den Förderkreislauf 1. Im Bereich eines Förderstutzens 3 wird der Magnetofluidkolben 4.6 in eine Trennstrecke 16 aufgrund der Einwirkung des Magnetfeldes eines Permanentmagneten 9 hineingezogen. Dadurch erfolgt die Trennung des Magnetofluidkolbens von dem zu fördernden fluiden Medium. Der nachdrückende Magnetofluidkolben 4.5 drückt die zu fördernde Flüssigkeit in Richtung des Förderstutzens 3 und wird dann anschließend wiederum aufgrund der Einwirkung des Magnetfeldes des Permanentmagneten 9 in die Trennstrecke 16 hineingezogen. Fig. 3 shows a basic structure of a magnetic fluid pump according to the invention. The magnetic fluid pistons 4.1 to 4.7 are arranged in a delivery circuit 1 . The magnet combination 5 , in which a wandering magnetic field is generated, has not been shown separately here. The liquid to be delivered is located between the magnetic fluid pistons 4 . The moving magnetic field, which runs according to the program, pushes the magnetic fluid pistons 4 through the delivery circuit 1 . In the area of a delivery nozzle 3 , the magnetic fluid piston 4.6 is drawn into a separating section 16 due to the action of the magnetic field of a permanent magnet 9 . This separates the magnetic fluid piston from the fluid medium to be pumped. The pressing magnetic fluid piston 4.5 presses the liquid to be conveyed in the direction of the delivery nozzle 3 and is then again drawn into the separation section 16 due to the action of the magnetic field of the permanent magnet 9 .

Ein im Bereich eines Ansaugstutzens 2 hier einsetzendes wanderndes Magnetfeld der Magnetkombination 5 zieht einen Magnetofluidkolben 4.1 aus der Trennstrecke 16 und drückt ihn in den Kreislauf 1 hinein. Dort wird er mit dem wandernden Magnetfeld weiter transportiert. Hierbei saugt er über den Ansaugstutzen 2 zu förderndes fluides Medium an. Die Magnetofluidkolben 4 werden innerhalb der Trennstrecke 16 durch das sich hier ausbildende homogene Magnetfeld des Permanentmagneten 9 nicht beeinflußt und können dann unproblematisch über das im Bereich des Ansaugstutzens 2 erzeugte wandernde Magnetfeld wieder im Kreislauf zum Förderstutzen 3 gelangen. Die Spulen 13 werden über die Schalteinrichtung 10, die als paralleles Interface ausgeführt sein kann, über die parallele Schnittstelle des Rechners 12 angesteuert. Die Schalteinrichtung 10 besteht aus einem Digital-/Analogwandler mit acht DACs, die es ermöglichen, die Spulen 13.1 bis 13.8 separat zu regeln. Hohe Induktionsströme, die beim jeweiligen Magnetfeldzusammenbruch bei der Wanderung des Magnetfeldes innerhalb der Magnetkombination 5 der Spulen 13 entstehen, werden zum Schutz der Schaltung von Freilaufdioden abgefangen. Für das Funktionieren der Magnetofluidpumpe ist es notwendig, daß eine stufenlose Regelung des wandernden Magnetfeldes erreicht wird, da bei dem ruckartigen Übergang zwischen zwei Spulen die Gefahr des Zerreißens des Magnetofluidkolben 4 gegeben sein kann. Eine Software zur Ansteuerung der Magnetkombination 5 läßt die Möglichkeiten zur Veränderung vieler Werte zu. So kann man die Frequenz der Ansteuerung der Spulen 13 ebenso leicht verändern, wie die größtmögliche Stromstärke und den Anstieg bzw. den Abfall des Stromes. Dadurch läßt sich sehr einfach die bestmögliche Kombination für den jeweiligen Aufbau der erfindungsgemäßen Pumpe ermitteln, so daß man danach spezifische Schaltungen entwickeln kann und die Pumpe somit auch ohne Rechner 12 funktioniert.A migrating magnetic field of the magnet combination 5, which begins here in the area of an intake port 2 , pulls a magnetofluid piston 4.1 out of the separating section 16 and presses it into the circuit 1 . There it is transported further with the wandering magnetic field. In this case, it sucks in fluid medium to be conveyed via the intake port 2 . The magnetic fluid piston 4 will not be affected within the separating section 16 through which forming here homogeneous magnetic field of the permanent magnet 9, and then can pass without problems from the produced in the region of the intake port 2 traveling magnetic field again in circulation to the delivery nozzles. 3 The coils 13 are controlled via the switching device 10 , which can be designed as a parallel interface, via the parallel interface of the computer 12 . The switching device 10 consists of a digital / analog converter with eight DACs, which make it possible to control the coils 13.1 to 13.8 separately. High induction currents, which arise during the respective magnetic field breakdown during the migration of the magnetic field within the magnetic combination 5 of the coils 13 , are intercepted by freewheeling diodes to protect the circuit. For the functioning of the magnetofluid pump, it is necessary that a stepless regulation of the traveling magnetic field is achieved, since the risk of tearing of the magnetofluid piston 4 can exist during the jerky transition between two coils. A software for controlling the magnet combination 5 allows the possibility of changing many values. So you can change the frequency of the control of the coils 13 just as easily as the largest possible current and the increase or decrease in the current. As a result, the best possible combination for the particular structure of the pump according to the invention can be determined very easily, so that specific circuits can then be developed and the pump can thus also function without a computer 12 .

Eine weitere vorteilhafte, sich daraus ergebende Möglichkeit ist, die Durchflußmenge innerhalb des Kreislaufes 1 recht exakt zu regulieren. Wenn man die Werte für einen bestimmten Rohrquerschnitt, den Abstand und die jeweilige Länge der Spulen 13 kennt, kann man sehr leicht steuern, wieviel zu förderndes fluides Medium pro Ansteuerzyklus (Zeitraum/Vorgänge in dem Zeitraum von dem maximalen Magnetfeld in der einen Spule bis zum maximalen Magnetfeld in der nächsten Spule) befördert wird. Um höhere Förderdrücke zu erreichen ist es möglich die Kraftübertragung auf die Flüssigkeit zu verbessern. Das ist erreichbar durch die Anordnung einer größeren Anzahl von Magnetofluidkolben 4.1 bis 4.4 im Förderkreislauf 1. Dadurch verringert sich der Abstand zwischen den Magnetofluidkolben 4. Das erfordert eine anpassende Veränderung des Ansteuerprogrammes der Magnetkombination 5. Another advantageous, resulting possibility is to regulate the flow rate within the circuit 1 very precisely. If one knows the values for a specific pipe cross-section, the distance and the respective length of the coils 13 , one can very easily control how much fluid medium to be conveyed per drive cycle (period / processes in the period from the maximum magnetic field in one coil to maximum magnetic field in the next coil) is conveyed. In order to achieve higher delivery pressures, it is possible to improve the power transmission to the liquid. This can be achieved by arranging a larger number of magnetic fluid pistons 4.1 to 4.4 in the delivery circuit 1 . This reduces the distance between the magnetic fluid pistons 4 . This requires an appropriate change in the control program of the magnet combination 5 .

BezugszeichenlisteReference list

11

Förderkreislauf
Funding cycle

22nd

Ansaugstutzen
Intake manifold

33rd

Förderstutzen
Delivery nozzle

44th

Magnetofluidkolben
Magnetic fluid pistons

55

Magnetkombination
Magnet combination

66

77

Förderstrecke
Conveyor line

88th

Kolbenrückführung
Piston return

99

Permanentmagnet
Permanent magnet

1010th

Schalteinrichtung
Switching device

1111

1212th

Rechner
computer

1313

Spule
Kitchen sink

1414

Stromversorgung
Power supply

1515

Stromversorgung
Power supply

1616

Trennstrecke
Separation distance

Claims (7)

1. Verfahren zum Pumpen von fluiden Medien, dadurch gekennzeichnet, daß unter Mitnahme der fluiden Medien nicht mischbare Magnetofluidbereiche (4) mittels sich programmgemäß in ihrer Stärke ändernden Magnetfelder im Kreislauf geführt werden, wobei zwischen den Magnetofluidbereichen (4) das fluide Medium gefördert, angesaugt und ausgestoßen wird.1. A method for pumping fluid media, characterized in that, with the entrainment of the fluid media, immiscible magnetofluid areas ( 4 ) are guided in the circuit by means of magnetic fields which vary in strength according to the program, the fluid medium being conveyed and sucked in between the magnetofluid areas ( 4 ) and is expelled. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung der Magnetofluidbereiche (4) von dem zu fördernden fluiden Medium mittels eines Magnetfeldes erfolgt.2. The method according to claim 1, characterized in that the separation of the magnetofluid regions ( 4 ) from the fluid medium to be conveyed takes place by means of a magnetic field. 3. Vorrichtung zum Pumpen von fluiden Medien, bestehend aus
  • - einen Förderkreislauf (1) mit Ansaugstutzen (2) und Förderstutzen (3),
  • - einer in einem äußeren Bereich des Förderkreislaufes (1) angeordneten Magnetkombination (5) und
  • - im Förderkreislauf (1) angeordnete mittels von der Magnetkombination (5) erzeugte wandernde Magnetfelder im Förderkreislauf (1) bewegbare Magnetofluidkolben (4).
3. Device for pumping fluid media, consisting of
  • - a delivery circuit ( 1 ) with intake port ( 2 ) and delivery port ( 3 ),
  • - A magnet combination ( 5 ) and arranged in an outer region of the conveyor circuit ( 1 )
  • - In the conveyor circuit ( 1 ) arranged by means of the magnetic combination ( 5 ) generated moving magnetic fields in the conveyor circuit ( 1 ) movable magnetofluid pistons ( 4 ).
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetkombination (5) aus mehreren Spulen (13) besteht, die über eine Software ansteuerbar sind.4. The device according to claim 3, characterized in that the magnetic combination ( 5 ) consists of several coils ( 13 ) which can be controlled by software. 5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich einer Trennstrecke (16) des Förderkreislaufes (1) Permanentmagnete (9) angeordnet sind.5. Apparatus according to claim 3 or 4, characterized in that permanent magnets ( 9 ) are arranged in the region of a separating section ( 16 ) of the conveyor circuit ( 1 ). 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderkreislauf (1) aus einer Förderstrecke (7) und einer Magnetofluidkolbenrückführung (8) besteht, wobei der Ansaugstutzen (2) und der Förderstutzen (3) im Bereich der Magnetofluidkolbenrückführung (8) angeordnet sind.6. Device according to one of claims 3 to 5, characterized in that the conveying circuit ( 1 ) consists of a conveying path ( 7 ) and a magnetofluid piston return ( 8 ), the suction nozzle ( 2 ) and the conveying nozzle ( 3 ) in the region of the magnetofluid piston return ( 8 ) are arranged. 7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetkombination (5) mit einem Rechner (12) und einer Stromversorgung (14, 15) verbunden ist.7. Device according to one of claims 3 to 6, characterized in that the magnetic combination ( 5 ) with a computer ( 12 ) and a power supply ( 14 , 15 ) is connected.
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