DE202006011195U1 - Electrically-powered sea water desalination plant has electromagnetic core with asymmetric air gap containing electordes - Google Patents

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Abstract

A seawater desalination assembly has an alternating current electrolysis station (4) with electrodes (5, 6) and bipolar electrodes (15). The station (4) has an electromagnet (EM) whose core (1) has an asymmetric air gap (3) in which there is a magnetic gradient. The gap further contains two discharge electrodes (5, 6) coated with a dielectric medium and separated by a dielectric granular packing (16). Saline solution flows parallel to the station (4) longitudinal axis. A bipolar electrode (15) coated with the dielectric medium is located between the discharge electrodes (5, 6). The discharge electrodes (5, 6) and strip capacitor windings (2) are subject to monopolar electrical impulses. The dielectric coating (22) is a chemically neutral material (22). The capacitor winding (2) capacity is greater than that of the electrolysis station (4). The position chosen for the drinking water and concentrated saline outlet pipes, is determined by the magnetic susceptibility required to reduce the residual saline concentration in drinking water to below the authorized limit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entsalzen von Meerwasser und zum Entsalzen von Salzlösungen gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1.The The invention relates to a device for desalinating seawater and for desalting saline solutions according to the generic term of claim 1.

Für die Entsalzung von Meerwasser auf Trinkwasserqualität wird ein Elektromagnet eingesetzt, in dessen Magnetkern ein asymetrischer Luftspalt angeordnet ist. In diesem Luftspalt ist ein Elektrolyseur befestigt, der mit zwei ge genüberstehenden und mit einem Dielektrikum beschichteten Entladungs- elektroden versehen ist. Die Entladungselektroden werden mit Hochfrequenzstrom bestromt, wobei zwischen diesen beiden mindestens eine bipolare mit Dielektrikum beschichtete Elektrode angeordnet ist und der Raum zwischen den Entladungs- und bipolaren Elektroden mit kugelartigem Granulat aus Dielektrikum ausgefüllt ist. Die Wicklungen an dem Elektromagnet bestehen aus Bandkondensator und werden mit Hochfrequenzstrom bestromt.For desalination from seawater to drinking water quality an electromagnet is used, in the magnetic core, an asymmetrical air gap is arranged. In this air gap, an electrolyzer is attached, with two opposite ones and dielectrically coated discharge electrodes is provided. The discharge electrodes are powered by high frequency energized, wherein between these two at least one bipolar dielectric-coated electrode is disposed and the space between the discharge and bipolar electrodes with spherical Granules made of dielectric filled is. The windings on the electromagnet consist of band condenser and are supplied with high-frequency current.

In den Ozeanen steht eine enorme Menge an Salzwasser mit ca. 3,5 Gew.-% Salz zur Verfügung, die bis auf 0,05 Gew.-% für die wirtschaftliche Nutzung entsalzt werden muß. Gemäß dem Stand der Technik sind seit langem unterschiedliche Verfahren und Vorrichtungen zum Entsalzen von Meerwasser bekannt, die an verschiedenen Orten als Anlagen betrieben werden. Die Entsalzungstechnologie hat mit dem Verdampfungsverfahren und dem Gefrierverfahren bis zur auf Elektrodialyse oder Elektroosmose basierende Verfahren begonnen. Die Umkehrosmose ist bis zu großen Anlagen entwickelt, die mit einer komplizierten Hydraulik und Drucksystemen betrieben werden, wodurch der Energieverbrauch enorm hoch ist. Die membrantechnische Meerwasserentsalzung ist ebenfalls eine energieintensive Technologie und wird mit komplizierten Ultrafiltrations-Modulen betrieben. Die hohen Lebenszykluskosten, der niedrige Wirkungsgrad, enorm hohe Investitionen sowie teure Wartung sind wirtschaftliche Nachteile, die durch zusätzliche Forschung nicht zu beseitigen sind.In The oceans contain an enormous amount of salt water with about 3.5% by weight. Salt available, which up to 0.05 wt .-% for the economic use must be desalinated. According to the prior art have been long different methods and devices for desalting known by seawater, which operated in different places as facilities become. The desalination technology has with the evaporation process and the freezing process up to electrodialysis or electroosmosis started based method. The reverse osmosis is up to large plants developed with a complicated hydraulic and pressure systems be operated, whereby the energy consumption is enormously high. The Membrane desalination is also an energy-intensive Technology and comes with complicated ultrafiltration modules operated. The high life-cycle costs, the low efficiency, Huge investment and expensive maintenance are economical Disadvantages caused by additional Research can not be eradicated.

Gemäß dem Stand der Technik sind weitere Verfahren und Vorrichtungen bekannt, die mittels gleichzeitiger Einwirkung eines magnetischen und eines elektrischen Wechselfeldes die Salzkomponente von der Trinkwasserkomponente trennen. In den europäischen Patentanmeldungen Nr. 0065 490 und 0065 489 ist ein solches Verfahren veröffentlicht. In dem U.S. Patent Nr. 3,207,684 ist eine Laborvorrichtung beschrieben, die auf die elektromagnetische Methode hinweist. In der DE-OS 3521 109 A1 wurde eine galvanomagnetische Vorrichtung zur Entfernung von Ionen aus Flüssigkeit veröffentlicht. Im Magnetfeld und im elektrostatischen Feld entfernt man Ionen von Flüssigkeit, was in WO 2004/033086 A1 ausgeführt ist. In allen oben zitierten Schriften sind Vorrichtungen beschrieben, die wirtschaftlich nicht effektiv sind und deshalb in der Wirtsehaft keine Anwendung gefunden haben.According to the state In the art, other methods and devices are known which by simultaneous action of a magnetic and an electrical Alternating field, the salt component of the drinking water component separate. In the European Patent Application Nos. 0065 490 and 0065 489 is one such method released. In U.S. Pat. Patent No. 3,207,684 describes a laboratory device, which points to the electromagnetic method. In DE-OS 3521 109 A1 was a galvanomagnetic device for removal of ions from liquid released. In the magnetic field and in the electrostatic field one removes ions from Liquid, which is stated in WO 2004/033086 A1 is. In all the documents cited above, devices are described which are not economically effective and therefore are not in business Application found.

Die erste technische nutzbare Vorrichtung, die im Magnetfeld und simultan in einem elektrischen Feld betrieben wird, ist in der WO 2006/039873 A1 und im DE-GM 20 2004 015 611 U1 veröffentlicht. Die durch die Elektroden und bipolaren Elektroden fließenden Ströme sind hauptsächlich Faradaysche Ströme und nur ein Bruchteil ist dabei kapazitiver Strom. Experimentelle Resultate haben bewiesen, daß gerade der kapazitive Strom der wichtigste physikalische Parameter ist, der die Trennung von Kationen und Anionen verursacht. Faradaysche Ströme sind auf Elektrodenreaktionen zurückzuführen, was bei niedriger Stromfrequenz wirtschaftlich negative Wirkungen hat. Rein kapazitiver Strom oszillert nur in der dünnen Helmholtz-Doppelschicht, die sich an den Metallelektroden und bipolaren Elektroden befindet.The first technical usable device operating in the magnetic field and simultaneously is operated in an electric field is in WO 2006/039873 A1 and published in DE-GM 20 2004 015 611 U1. The through the electrodes and bipolar electrodes flowing streams are mainly Faraday streams and only a fraction of this is capacitive current. experimental Results have proven that just the capacitive current is the most important physical parameter, which causes the separation of cations and anions. Faraday streams are due to electrode reactions, resulting in low current frequency has economically negative effects. Purely capacitive current oscillates only in the thin one Helmholtz double layer, which adhere to the metal electrodes and bipolar Electrodes is located.

Gemäß der WO 2006/039873 A1 haben die Meßergebnisse gezeigt, in den Zellen zwischen den bipolaren Elektroden ist nur Diffusionsstrom. Diffusionsstrom in der Elektrolytlösung hat keinen Effekt auf die Trennung von Ionen. Eine Steigerung des kapazitiven Stroms führt zur Wirkungsgradverbesserung, d.h., die Kationen und Anionen werden mit größerer Kraft an die eine Seite des Elektrolyseurs geführt. Der Wirkungsgrad der in der WO 2006/039873 A1 beschriebenen Vorrichtung liegt in der Größenordnung von 12% bis 15%, was noch niedrig ist. Wenn der durch den Elektrolyseur fließende Strom rein kapazitiver Strom wäre, dann erreicht der Wirkungsgrad 60% bis 80%. Der durch Metallelektroden fließende kapazitive Strom dient zum Umladen der Helmholtz-Doppelschicht. Faradaysche Ströme sind dagegen auf Elektroden-Reaktionen beschränkt, was zur Bildung von Deckschichten auf den Elektroden führt.According to the WO 2006/039873 A1 have the measurement results is shown in the cells between the bipolar electrodes only Diffusion current. Diffusion current in the electrolyte solution has no effect on the separation of ions. An increase of the capacitive Electricity leads for improving the efficiency, that is, the cations and anions with greater power led to one side of the electrolyzer. The efficiency of in The device described in WO 2006/039873 A1 is of the order of magnitude from 12% to 15%, which is still low. If the by the electrolyzer flowing Electricity would be purely capacitive, then the efficiency reaches 60% to 80%. The through metal electrodes flowing capacitive current is used to reload the Helmholtz double layer. Faraday streams On the other hand, they are limited to electrode reactions, leading to the formation of cover layers on the electrodes.

Meerwasser ist eine Elektrolytlösung und deshalb ist es dieser Regel unterworfen. Gemäß der Meßergebnisse steigt die Doppelschichtkapazität bei zyklischer Voltametrie bis zu 54 μF/cm2. Selbstverständlich ist dieser Wert von der Stromfrequenz abhängig. Die Doppelschichtkapazität hat andere Werte, wenn der Elektrolyseur in einem Luftspalt eines Elektromagneten angeordnet ist.Seawater is an electrolyte solution and therefore it is subject to this rule. According to the measurement results, the double-layer capacitance increases with cyclic voltammetry up to 54 μF / cm 2 . Of course, this value depends on the current frequency. The bilayer capacity has different values when the electrolyzer is placed in an air gap of an electromagnet.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Entsalzen von Meerwasser zu schaffen, die mit einem wesentlich höheren Wirkungsgrad als die bisherigen obengenannten Vorrichtungen betrieben wird, um damit eine Trinkwasserbereitstellung zu wesentlich günstigeren Kosten, hauptsächlich beim Sparen von Energie, zu ermöglichen und deren Wartung günstig ist.The invention is therefore an object of the invention to provide a device for desalting seawater, with a much higher efficiency than the previous Vorrich mentioned above operated in order to enable a drinking water supply at much lower cost, mainly to save energy, and their maintenance is favorable.

Die Vorrichtung zur Durchführung dieser Aufgabe besteht aus einem Elektromagnet, in dessen Magnetkern sich ein asymetrischer Luftspalt befindet, in dem ein Elektrolyseur angeordnet ist, in welchem mindestens zwei gegenüberstehende mit Dielektrikum beschichtete Entladungselektroden vorhanden sind. In dem asymetrischen Luftspalt ist das Magnetfeld nicht homogen. Nach der vorliegenden Erfindung ist für eine solche Vorrichtung wesentlich, daß zwischen den zwei Entladungselektroden mindestens eine bipolare, mit Dielektrikum beschichtete Elektrode angeordnet ist und daß der Raum zwischen den Elektroden mit kugelförmigem Granulat mit höherer Dielektrizitätskonstante ausgefüllt ist. Das Meerwasser fließt parallel mit der Längsachse des Elektrolyseurs und zwar durch die Öffnungen an den Entladungs- und bipolaren Elektroden und zwischen dem Granulat zu den Abflüssen, die an der Rückseite des Elektrolyseurs angeordnet sind.The Apparatus for carrying out This task consists of an electromagnet, in its magnetic core There is an asymmetric air gap in which an electrolyzer is arranged, in which at least two opposing with dielectric coated discharge electrodes are present. In the asymmetric Air gap, the magnetic field is not homogeneous. After the present Invention is for such a device is essential that between the two discharge electrodes at least one bipolar, dielectric-coated electrode is arranged and that the Space between the electrodes with spherical granules with higher dielectric constant filled out is. The seawater flows parallel to the longitudinal axis of the Electrolyzer through the openings in the discharge and bipolar electrodes and between the granules to the drains, the at the back of the electrolyzer are arranged.

Durch zwei Abflüsse fließt ein hochkonzentriertes Salzkonzentrat, das aus Merrwasser-Salzen besteht und aus dem dritten Abfluß, der zwischen den beiden Abflüssen angeordnet ist, fließt Trinwasser heraus. Voraussetzung ist, daß das Dielektrikum aus einem Material mit großer Dielektrizitätskonstante besteht.By two outflows flows a highly concentrated salt concentrate made from Merrwasser salts exists and from the third outflow, between the two outflows is arranged, flows Trin water out. The condition is that the dielectric from a Material with great permittivity consists.

In dem im Elektrolyseur strömenden kapazitiven Strom sowie in dem senkrecht wirkenden Magnetfeld bekommen die Kationen und Anionen einen verstärkten magnetischen Dipol, wodurch beide elektrisch geladenen Teilchen in Richtung des steigenden Magnetfeldgradienten gezogen werden.In the flowing in the electrolyzer get capacitive current as well as in the perpendicular magnetic field the cations and anions provide a reinforced magnetic dipole, thereby both electrically charged particles in the direction of increasing magnetic field gradient to be pulled.

Die neue Vorrichtung zu seiner Durchführung wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen näher erläutert.The new device for its implementation is described below the drawing of exemplary embodiments explained in more detail.

Es zeigt schematischIt shows schematically

1 in Rückansicht die gesamte Vorrichtung mit der Anordnung des Elektrolyseurs in dem asymetrischen Luftspalt zwischen den Polen eines Elektromagneten; 1 in rear view, the entire device with the arrangement of the electrolyzer in the asymmetric air gap between the poles of an electromagnet;

2 vergrößert im Querschnitt, der parallel zur Linie I-II verläuft, den zwischen den Magnetpolen angeordneten Elektrolyseur; 2 increases in cross section, which is parallel to the line I-II, arranged between the magnetic poles electrolyzer;

3 im Schnitt die Vorderansicht des Elektrolyseurs; 3 in section, the front view of the electrolyzer;

4 im Schnitt die Rückansicht des Elektrolyseurs; 4 in section the rear view of the electrolyzer;

5 im Querschnitt eiene Entladungselektrode mit Beschichtung aus Dielektrikum; 5 in cross-section eiene discharge electrode with a coating of dielectric;

6 die Seitenansicht einer bipolaren Elektrode mit Öffnungen für den Merrwasserdurchfluß; 6 the side view of a bipolar electrode with openings for the Merrwasserdurchfluß;

7 im Schnitt eine Ausführungsform des Bandkondensators. 7 in section an embodiment of the band capacitor.

Das Grundprinzip der vorliegenden Vorrichtung ist in 1 veranschaulicht. Die Meerwasserentsalzung findet in einem elektrischen Feld und in einem diesem senkrecht überlagerten vom Elektromagnet EM erzeugten Magnetfeld statt. Der Elektromagnet EM besteht aus einem Magnetkern 1 und Wicklungen 2. Die Wicklungen 2 sind aus Bandkondensator. Der Magnetkern 1 besteht aus einem weichen magnetischen Material, wie Transformatorblech oder Ferrit. Für den durch Wicklungen 2 fließenden Strom ist bis 500 Hz Transformatorblech mit 1,5 T anwendbar. Für Frequenzen, die im Bereich von mehreren Kilohertz liegen, ist hochpermeables Ferrit, wie Manifer, erforderlich. In dem Magnetkern 1 ist ein asymetrischer Luftspalt 3 ausgearbeitet. Die Asymetrie besteht darin, daß Breite A des Luftspalts 3 größer ist als Seite B. Breite A soll bei 50 mm liegen und Breite B bei 40 mm. Die Querschnittsflächen der Magnetpole N, S sollten in einer Größenordnung von 140 cm2 sein. In dem asymetrischen Luftspalt 3 ist aus elektrisch nichtleitendem Material ein Elektrolyseur 4 plaziert, in dem zwei Entladungselektroden (in 1 nicht dargestellt) angeordnet und durch die elektrischen Anschlüsse 7 und 8 am Hochfrequenzgenerator 9 angeschlossen sind. In 1 sind die Entladungselektroden im Schaltkreis mit den Magnetwicklungen 2 durch Anschlüsse 10, 11 in Serie an den Hochfrequenzgenerator 9 angeschlossen. An dem Elektrolyseur 4 in 1 ist Trinkwasserabfluß 12 veranschaulicht. Durch die Abflüsse 13 und 14 fließt aus dem Elektrolyseur das Salzkonzentrat heraus.The basic principle of the present device is in 1 illustrated. Seawater desalination takes place in an electric field and in a perpendicularly superimposed magnetic field generated by the electromagnet EM. The electromagnet EM consists of a magnetic core 1 and windings 2 , The windings 2 are out of band capacitor. The magnetic core 1 consists of a soft magnetic material, such as transformer sheet or ferrite. For through windings 2 flowing current is applicable to 500 Hz transformer plate with 1.5T. For frequencies in the range of several kilohertz, highly permeable ferrite, such as manifer, is required. In the magnetic core 1 is an asymmetrical air gap 3 elaborated. The asymmetry is that width A of the air gap 3 larger than side B. Width A should be 50 mm and width B 40 mm. The cross-sectional areas of the magnetic poles N, S should be on the order of 140 cm 2 . In the asymmetric air gap 3 is made of electrically non-conductive material an electrolyzer 4 placed in the two discharge electrodes (in 1 not shown) and through the electrical connections 7 and 8th at the high frequency generator 9 are connected. In 1 are the discharge electrodes in the circuit with the magnet windings 2 through connections 10 . 11 in series to the high frequency generator 9 connected. At the electrolyzer 4 in 1 is drinking water drain 12 illustrated. Through the drains 13 and 14 The salt concentrate flows out of the electrolyser.

In 2 ist das Grundprinzip der Vorrichtung in einem Querschnitt veranschaulicht dargestellt, der parallel zur Linie I-II (1 verläuft. Zwischen den Magnetpolen N, S ist der Elektrolyseur 4 ange ordnet sind, in dem Elektroden 5 und 6 befestigt sind. Die Entladungselektroden 5, 6 sind im Prinzip mit einem guten Dielektrikum beschichtete Metallplatten. Die Metallplatten sind über die elektrischen Anschlüsse 7, 8 am Hochfrequenzgenerator 9 angeschlossen. Zwischen den Entladungselektroden 5, 6 sind zusätzliche Bauteile angeordnet, wie z.B. eine Mehrzahl von bipolaren Elektroden 15, die ebenfalls mit einem guten Dielektrikum beschichtet sind. Ferner ist der Raum zwischen den Entladungselektroden 5, 6 und den bipolaren Elektroden 15 mit kugerförmigem Granulat 16 ausgefüllt. Das Material des Granulats 16 ist auch ein gutes Dielektrikum, wie z.B. Keramik des Typs: Perovskite, dessen allgemeine chemische Formel lautet: Ba (Ti1 – xZrx) 03. Der Durchmesser des Granulats beträgt zwischen 6–11 mm und dessen Dielektrizitätskonstante liegt zwischen 10.000 und 50.000. Mit dem gleichen oder einem ähnlichen Dielektrizitätskonstanten-Material sind auch die Entladungselektroden 5 und 6 und bipolaren Elektroden 15 beschichtet. Das Meerwasser wird durch Zufluß 17 in den Elektrolyseur 4 mittels einer Pumpe (in 1 nicht dargestellt) eingeleitet. Pfeil 18 in 2 zeigt die Flußrichtung des Meerwassers. Trinkwasserabfluß 12 ist an der Rückseite des Elektrolyseurs befestigt. An den Elektroden 5, 6 und an den bipolaren Elektroden 15 sind Öffnungen 19 vorhanden, durch die das Meerwasser fließt.In 2 the basic principle of the device is illustrated in a cross-section which is parallel to the line I-II ( 1 runs. Between the magnetic poles N, S is the electrolyzer 4 are arranged in the electrodes 5 and 6 are attached. The discharge electrodes 5 . 6 are in principle coated with a good dielectric metal plates. The metal plates are over the electrical connections 7 . 8th at the high frequency generator 9 connected. Between the discharge electrodes 5 . 6 additional components are arranged, such as a plurality of bipolar electrodes 15 , which are also coated with a good dielectric. Further, the space between the discharge electrodes 5 . 6 and the bipolar electrodes 15 with granular granules 16 filled. The material of the granules 16 is also a good dielectric, such as ceramic of the type: perovskites, its general chemical formula is Ba (Ti 1 - x Zrx) 03. The diameter of the granules is between 6-11 mm and the dielectric constant thereof is from 10,000 to 50,000. With the same or a similar dielectric constant material are also the discharge electrodes 5 and 6 and bipolar electrodes 15 coated. The sea water is by inflow 17 in the electrolyzer 4 by means of a pump (in 1 not shown) initiated. arrow 18 in 2 shows the flow direction of the seawater. water drain 12 is attached to the back of the electrolyzer. At the electrodes 5 . 6 and at the bipolar electrodes 15 are openings 19 present, through which the seawater flows.

3 zeigt im Schnitt die Vorderansicht des Elektrolyseurs 4 mit der Entladungselektrode 5 und der Meerwasserzufuhr 17. An den inneren Wänden 20 des Elektrolyseurs 4 ist die Entladungselektrode 5 befestigt und durch Anschluß 7 an Hochfrequenzgenerator 9 angeschlossen. Durch Befestigungsteile 21 ist der Elektrolyseur 4 an der Struktur des Elektromagneten EM befestigt. 3 shows in section the front view of the electrolyzer 4 with the discharge electrode 5 and the seawater intake 17 , On the inner walls 20 of the electrolyzer 4 is the discharge electrode 5 attached and by connection 7 at high frequency generator 9 connected. By fasteners 21 is the electrolyzer 4 attached to the structure of the electromagnet EM.

4 zeigt im Schnitt die Rückansicht des Elektrolyseurs 4. Durch Abfluß 12 fließt das Trinkwasser und durch Abflüsse 13, 14 fließt das Salzkonzentrat aus dem Elektrolyseurs 4 heraus. Entladungselektrode 6 ist durch den elektrischen Anschluß 8 an Hochfrequenzgenerator 9 angeschlossen. Die anderen Symbole in 4 sind dieselben wie in 3. 4 shows in section the rear view of the electrolyzer 4 , By drain 12 the drinking water flows through drains 13 . 14 The salt concentrate flows out of the electrolyzer 4 out. discharge electrode 6 is through the electrical connection 8th at high frequency generator 9 connected. The other symbols in 4 are the same as in 3 ,

5 zeigt im Querschnitt eine Entladungselektrode 5, die mit Dielektrikum 22 beschichtet ist. Die Dielektrizitätskonstante soll zwischen 10.000 und 50.000 liegen. Über den elektrischen Anschluß 8 ist Entladungselektrode 5 an Hochfrequenzgenerator 9 angeschlossen. 5 shows in cross section a discharge electrode 5 that with dielectric 22 is coated. The dielectric constant should be between 10,000 and 50,000. About the electrical connection 8th is discharge electrode 5 at high frequency generator 9 connected.

6 zeigt in Seitenansicht eine bipolare Elektrode 15 mit den Öffnungen 19, durch die das Meerwasser fließt. Die Metallplatte muß an der Oberfläche dünn und homogen mit dem keramischen Material mit hoher Dielektrizitätskonstante beschichtet sein. Dies zählt auch für die inneren Wände der Öffnungen 19. 6 shows in side view a bipolar electrode 15 with the openings 19 through which the seawater flows. The metal plate must be thinly and homogeneously coated on the surface with the high dielectric constant ceramic material. This also counts for the inner walls of the openings 19 ,

7 zeigt im Schnitt einen Bandkondensator, der im Prinzip aus zwei Metallfolien 23, 24 und Dielektrikum 25 besteht. Wesentlich ist hierbei, daß ein elektrischer Anschluß 26 am Anfang der Metallfolie 24 und der zweite elektrische Anschluß 27 am Ende der Metallfolie 23 befestigt ist. Der Ladungs- und Entladungsstrom, den man auch wattlosen Strom nennt, fließt von Hochfrequenzgenerator 9 durch Anschluß 25 zur Metallfolie 24 und dann weiter als Verschiebungsstrom über Dielektrikum 25 durch Metallfolie 23 zum elektrischen Anschluß 27, der ebenfalls an Hochfrequenzgenerator 9 angeschlossen ist. Das zählt für die erste halbe Periode des Wechselstromes. In der zweiten halben Periode wird der Bandkondensator entladen und die gesamte elektrische Ladung fließt zurück zum Hochfrequenzgenerator 9. Gemäß dem Biot-Savartschen Gesetz erzeugt der wattlose Strom in den Wicklungen 2 (1) ein Magnetfeld, das für die Entsalzung von Meerwasser gemäß der Erfindung die fundamentale physikalische Komponente ist. In dem asymetrischen Spalt 3 des Elektromagneten EM (1) ist ein nichthomogenes Magnetfeld. Auf Seite B in dem Luftspalt 3 ist die magnetische Feldstärke größer als auf Seite A. In einer solchen Anordnung kann man das Magnetfeld in dem Luftspalt mit beliebigen Frequenzen betreiben. Dies ist nicht möglich, wenn die Wicklungen 2 aus Draht gewickelt sind. 7 shows in section a band capacitor, which in principle consists of two metal foils 23 . 24 and dielectric 25 consists. It is essential here that an electrical connection 26 at the beginning of the metal foil 24 and the second electrical connection 27 at the end of the metal foil 23 is attached. The charge and discharge current, which is also called wattless current, flows from high-frequency generator 9 through connection 25 to the metal foil 24 and then further as a displacement current over dielectric 25 through metal foil 23 to the electrical connection 27 , which is also to high frequency generator 9 connected. That counts for the first half period of the alternating current. In the second half period, the band capacitor is discharged and the entire electrical charge flows back to the high frequency generator 9 , According to Biot-Savart's law, the wattless current is generated in the windings 2 ( 1 ) a magnetic field which is the fundamental physical component for the desalination of seawater according to the invention. In the asymmetric gap 3 of the electromagnet EM ( 1 ) is a nonhomogeneous magnetic field. On page B in the air gap 3 the magnetic field strength is greater than on page A. In such an arrangement, one can operate the magnetic field in the air gap at arbitrary frequencies. This is not possible if the windings 2 are wound from wire.

Das nachfolgende Beispiel zeigt einige Parameter für die Herstellung des Bandkondensators: Die Metallfolien 23, 24 (7) sind aus Kupfer mit einer Dicke von 0,2 mm. Die Breite der Metallfolien 23, 24 beträgt 35 mm. Dielektrikum 25 hat mindestens die Zahl hundert.The following example shows some parameters for the production of the band capacitor: The metal foils 23 . 24 ( 7 ) are made of copper with a thickness of 0.2 mm. The width of the metal foils 23 . 24 is 35 mm. dielectric 25 has at least the number one hundred.

Der Bandkondensator (1) ist in der DE-OS 199 27 355 A1 als neuartiger Transformator beschrieben.The band capacitor ( 1 ) is described in DE-OS 199 27 355 A1 as a novel transformer.

Durch die Wicklungen 2 in 1 fließt kapazitiver Strom, der mit Gleichung [1] definiert ist: I = V(2Π·Hz·C) [1]

I
= maxiamaler Strom
V
= maximale Spannung
Π
= Ludolfsche Zahl
Hz
= Frequenz
C
= Kapazität
Through the windings 2 in 1 flows capacitive current, which is defined by equation [1]: I = V (2Π · Hz · C) [1]
I
= maximum current
V
= maximum voltage
Π
= Ludolf's number
Hz
= Frequency
C
= Capacity

Der kapazitive Widerstand Xc, der als Blindwiderstand bezeichnet wird, ist bei hohen Frequenzen und bei großen Kapazitäten sehr klein und ist mit Gleichung [2] definiert: The capacitive resistance X c , which is referred to as reactance, is very small at high frequencies and at high capacitances and is defined by equation [2]:

Figure 00080001
Figure 00080001

Dieser Widerstand entzieht dem Stromkreis keine Energie.This Resistance does not deprive the circuit of energy.

Die wesentlichen Komponenten, aus denen die vorliegende Vorrichtung zur elektromagnetischen Entsalzung von Meerwasser besteht, ist im obigen Text sowie in den sieben zeichnerischen Darstellungen ausführlich beschrieben. Von Wichtigkeit ist die Kinetik, welche die Trennung der Salzkomponente von der Trinkwasserkomponente regelt. Die Kinetik, die diese Trennung regelt, ist der magnetischen Suszeptibilität der trennenden Komponenten direkt proportional. Allerdings gilt diese Regel nur dann, wenn sich die zur Trennung vorgesehenen Teilchen im elektrischen Strom eines Elektrolyseurs befinden und wenn das senkrecht wirkende Magnetfeld einen starken Magnetfeldgradient aufweist. 1 veranschaulicht, daß der Luftspalt 3 auf Seite B schmaler ist als auf Seite A. Durch diesen asymetrischen Luftspalt steigt der Magnetfeldgradient von Seite A zur Seite B. Gerade in diesem Magnetfeldgradienten werden die elektrisch geladenen Teilchen nach dem Prinzip der magnetischen Suszeptibilität in Richtung des steigenden Magnetfeldgradienten gezogen. Die an den Kationen und Anionen wirkende Kraft hat die Dimension eines magnetischen Dipolmomentes pro Volumeneinheit. Die Suszeptibilität ist bei diamagnetischen, Substanzen negativ und bei paramagnetischen Substanzen positiv. Die Ansammlung von Teilchen und Ladungen von verschiedenen Kationen und Anionen in dem Elektrolyseur ist von der Zahl und der Polarität der Suszeptibilitätabhängig. Ein numerisches Beispiel zeigt die Suszeptibilität der wichtigsten Stoffe, die im Meerwasser vorhanden sind.

  • Paramagnetische Stoffe: Na = +16, Mg = +13,1, K = +20,8 , Ca = +40, Mn = +529, Fe = ferro, Br = +869, Sr = +92, U = +440, Pu = Pu + 610, Rb = +17, Mo = +89, Ba = +20,6, Li = +14,2.
  • Diamagnetische Stoffe: B = –6,7, C = –6,0, Si = –3,9, S = –15, Cl = –40,5, Au = –34, H2O = –12,97, Zn = –7,8, P = –26,3.
The essential components that make up the present device for the electromagnetic desalination of seawater are described in detail in the above text as well as in the seven drawings. Of importance is the kinetics, which regulates the separation of the salt component from the drinking water component. The kinetics governing this separation is directly proportional to the magnetic susceptibility of the separating components. However, this rule only applies if the particles intended for separation are in the electric current of an electrolyzer and if the perpendicular magnetic field has a strong magnetic field gradient. 1 illustrates that the air gap 3 On page B is narrower than on page A. Through this asymmetric air gap, the magnetic field gradient increases from side A to side B. Especially in this magnetic field gradient, the electrically charged particles are drawn in the direction of increasing magnetic field gradient according to the principle of magnetic susceptibility. The force acting on the cations and anions has the dimension of a magnetic dipole moment per unit volume. Susceptibility is negative for diamagnetic, negative for substances and positive for paramagnetic substances. The accumulation of particles and charges of various cations and anions in the electrolyzer depends on the number and polarity of the susceptibility. A numerical example shows the susceptibility of the most important substances that are present in seawater.
  • Paramagnetic species: Na = +16, Mg = +13.1, K = +20.8, Ca = +40, Mn = +529, Fe = ferro, Br = +869, Sr = +92, U = +440 , Pu = Pu + 610, Rb = +17, Mo = +89, Ba = + 20.6, Li = + 14.2.
  • Diamagnetic materials: B = -6.7, C = -6.0, Si = -3.9, S = -15, Cl = -40.5, Au = -34, H 2 O = -12.97, Zn = -7.8, P = -26.3.

Die paramagnetischen, elektrisch geladenen Teilchen werden in dem Magnetfeldgradient zur Seite B des Elektrolyseurs 4 gezogen und die diamagnetischen Teilchen werden zur Seite A gedrückt. Dieses physikalische Phänomen regelt den Wirkungsgrad der hier beschriebenen Vorrichtung.The paramagnetic, electrically charged particles become the side B of the electrolyzer in the magnetic field gradient 4 pulled and the diamagnetic particles are pressed to the side A. This physical phenomenon controls the efficiency of the device described herein.

Der Hochfrequenzgenerator 9 (1) liefert in den elektromagnetischen Schaltkreis Wechselstrom mit einer Frequenz zwischen 50 Hz und mehreren Megahertz. Eine zweite technische Alternative ist die, daß der Generator 9 in den Schaltkreis Hochfrequenz-Monopolarimpulse liefert. Die Monpolarimpulse polarisieren die mit Dielektrikum beschichteten Elektroden 5, 6, 15 in eine Richtung, was für die chemische Industrie und für die Pharmaindustrie von wirtschaftlicher Bedeutung ist.The high frequency generator 9 ( 1 ) provides alternating current in the electromagnetic circuit with a frequency between 50 Hz and several megahertz. A second technical alternative is that the generator 9 in the circuit high-frequency monopolar pulses. The monopulse pulses polarize the dielectrically coated electrodes 5 . 6 . 15 in one direction, which is of economic importance to the chemical and pharmaceutical industries.

Die vorliegende Vorrichtung findet eine breite Anwendung in der Wirtschaft und ist in den folgenden Fachgebieten nutzbar:

  • – Trennung von Metallen in flüssigen Lösungen.
  • – Bei der Aufbereitung von Brennstäben im Kernreaktorzyklus und zwar bei der Trennung von Spaltprodukten, wie z.B. Plutonium, dessen Suszeptibilität +610 ist.
  • – Zur Gewinnung von Natururan im Meerwasser.
  • – Bei der Beschleunigung von chemischen Synthesen in der Pharmaindustrie und sogar in der organischen Chemie.
The present device is widely used in the business and can be used in the following fields:
  • - Separation of metals in liquid solutions.
  • - In the treatment of fuel rods in the nuclear reactor cycle and in the separation of fission products, such as plutonium, whose susceptibility is +610.
  • - For the recovery of natural uranium in seawater.
  • - In the acceleration of chemical syntheses in the pharmaceutical industry and even in organic chemistry.

Die hier beschriebene Vorrichtung besteht aus einer Einheit, die Trinkwasser in einer Größenordnung von 1.000 1/Std. aus Meerwasser separiert. Große Anlagen werden aus einer Mehrzahl solcher Einheiten zusammengebaut und an geeigneten Orten betrieben. Die Betriebkosten sind im Vergleich zum Stand der Technik unter 20% gesunken, aus welchem Grund die vorliegende Vorrichtung zum elektromagnetischen Entsalzen von Meerwasser wirtschaftlich vorteilhaft ist.The Device described here consists of one unit, the drinking water on the order of 1,000 1 / h separated from seawater. Large plants are made of one Plurality of such units assembled and in appropriate locations operated. The operating costs are compared to the prior art decreased below 20%, for whatever reason, the present device for the electromagnetic desalination of seawater economically is advantageous.

Claims (6)

Vorrichtung zum Entsalzen von Meerwasser als Elektrolyt, der in einem Elektrolyseur (4) eingeführt ist, in dem mit Wechselstrom bestromte Elektroden (5, 6) und bipolare Elektroden (15) versehen sind und daß der Elektrolyseur in einem Luftspalt (3) eines Elektromagneten angeordnet ist und daß der Elektromagnet mit einem frequenzgleichen Wechselstrom bestromt wird und damit die Ionen des Elektrolyts von der Trinkwasserkomponente getrennt sind dadurch gekennzeichnet, daß in dem Magnetkern (1) eines Elektromagneten (EM) asymetrischer Luftspalt (3) angeordnet ist, in dem ein Magnetfeldgradient vorhanden ist und daß in dem asymetrischen Luftspalt (3) mindestens ein Elektrolyseur (4) befestigt ist, in dem zwei gegenüberpositionierte und mit Dielektrikum beschichtete Entladungselektroden (5, 6) angeordnet sind und daß der Raum zwischen den Entladungselektroden (5, 6) mit Granulat (16), das aus dielektrischem Material besteht, ausgefüllt ist und daß die salzhaltige Lösung zwischen dem Granulat (16) und parallel mit der Längsachse des Elektrolyseurs (4) fließt.Device for desalinating seawater as an electrolyte used in an electrolyzer ( 4 ) is inserted in the alternating current powered electrodes ( 5 . 6 ) and bipolar electrodes ( 15 ) and that the electrolyzer in an air gap ( 3 ) of an electromagnet is arranged and that the electromagnet is energized with a same frequency alternating current and thus the ions of the electrolyte of the drinking water component are separated, characterized in that in the magnetic core ( 1 ) of an electromagnet (EM) asymmetric air gap ( 3 ) in which a magnetic field gradient is present and in that in the asymmetric air gap ( 3 ) at least one electrolyzer ( 4 ) in which two oppositely positioned and dielectric-coated discharge electrodes ( 5 . 6 ) are arranged and that the space between the discharge electrodes ( 5 . 6 ) with granules ( 16 ), which consists of dielectric material, is filled in and that the saline solution between the granules ( 16 ) and parallel to the longitudinal axis of the electrolyzer ( 4 ) flows. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Elektrolyseur (4) zwischen den Entladungselektroden (5, 6) mindestens eine mit Dielektrikum beschichtete bipolare Elektrode (15) angeordnet ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that in the electrolyzer ( 4 ) between the discharge electrodes ( 5 . 6 ) at least one dielectric-coated bipolar electrode ( 15 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den Entladungselektroden (5, 6) und den Bandkondensatorwicklungen (2) monopolare elektrische Impulse zugeführt werden.Device according to Claim 1, characterized in that the discharge electrodes ( 5 . 6 ) and the band capacitor windings ( 2 ) monopolar electrical pulses are supplied. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verhinderung einer katodischen und anodischen Abscheidung von festen Substanzen an den Entladungselektroden (5, 6) und bipolaren Elektroden (15) die dielektrische Beschichtung (22) aus chemisch neutralem Material ist.Device according to Claim 1, characterized in that, in order to prevent cathodic and anodic deposition of solid substances on the discharge electrodes ( 5 . 6 ) and bipolar electrodes ( 15 ) the dielectric coating ( 22 ) is chemically neutral material. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Kapazität der Wicklungen (2), die aus Bandkondensator ausgebildet sind, so bestimmt ist, daß sie größer ist als die elektrische Kapazität des Elektrolyseurs (4).Device according to Claim 1, characterized in that the electrical capacitance of the windings ( 2 ), which are formed from band condenser, is determined so that it is greater than the electrical capacity of the electrolyzer ( 4 ). Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Position der Trinkwasser-Ablaufleitung (12) und die Salzkonzentrat-Ablaufleitung (13, 14) nach der magnetischen Suzeptibilität so bestimmt ist, daß die Restkonzentration an Salz in der Trinkwasserkomponente die amtliche Norm erfüllt.Apparatus according to claim 1, characterized in that the position of the drinking water drain line ( 12 ) and the salt concentrate drain line ( 13 . 14 ) is determined according to the magnetic susceptibility so that the residual concentration of salt in the drinking water component meets the official standard.
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