DE2743213C2 - Vorrichtung zur Abscheidung feinster magnetisierbarer Teilchen - Google Patents

Description

Zusatz zum Patent 27 38 649.

Gegenstand des Hauptpatentes 27 38 649 ist eine Vorrichtung für Filtereinrichtungen zur Abscheidung feinster magnetisierbarer Teilchen bis zu Teilchcngrößen unter I μιη aus einem gasförmigen oder flüssigen Medium, das in ein Arbciisvolumen eingebracht ist. das sich in einem magnetischen Drehfeld befindet. Bei dieser Vorrichtung kann vorteilhaft in ihrem Arbeitsvolumen eine Filters!ruktur der Filtcrcinrichtung angeord

net sein.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Ausführungsform der Vorrichtung dahingehend zu verbessern, daß ihr Abscheidegrad weiter erhöht ist, ohne daß eine Änderung des Magnetfeldes erforderlich ist

Unter dem Abscheidegrad versteht man dabei die Differenz 1 -p, wobei die Durchlässigkeit der Filterstruktur mit ρ bezeichnet wird. Diese Durchlässigkeit ist als das Verhältnis der Konzentration an noch vorhandenen

ίο Schwebestoffen in dem Medium nach Passieren der Filterstruktur zu der entsprechenden Konzentration vor Eintritt in die Filterstruktur definiert.

Für diese Ausführungsform der eingangs genannten Vorrichtung besteht eine Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß darin, daß innerhalb des Arbeitsvolumens eine bewegte Filterstruktur vorgesehen ist.

Durch eine mäßige Bewegung der Fiiterstruktur, die nur so groß ist, daß die an den in dem Medium suspendierten Teilchen angreifenden Reibungskräfte kleiner sind als die auf sie einwirkenden Anlagerungskräfte an der Filterstruktur, kann die Wahrscheinlichkeit erhöht werden, daß ein suspendiertes Teilchen näher an die Filterstruktur herangeführt wird als bei einer ruhenden Filterstruktur. Auf diese Weise läßt sich der Abscheidegrad an der Filterstruktur erhöhen.

Eine besonders einfache Ausführungsform der Vorrichtung besteht darin, daß eine Filterstruklur aus einem Drahtnetz vorgesehen ist, das um die Drehachse des magnetischen Drehfeldes oder eine parallel dazu liegenden Achse locker gewickelt ist. Die Netzteile führen dann eine mit der Frequenz des Drehfeldes schwingende Bewegung aus, aufgrund derer auch sehr schwach magnetische, kleinste Teilchen wie z. B. aus Kupferoxid oder ii-Fc2Oi trotz einer verhältnismäßig schwachen Feldstärke des Drehfeldes mit großem Abscheidegrad aus dem Medium herausgefiltert werden.

Besonders hohe Abscheidegrade können erreicht werden, wenn eine Filterstruktur vorgesehen wird, die mit dem Drehfeld mitrotiert.

Ferner kann vorteilhaft eine bewegte Filterstruktur auf besonders einfache Weise aus einzelnen, sich in Richtung der Feldlinien des magnetischen Drehfeldes anlagernden Partikeln aus ferromagnetischem Material ausgebildet werden. Diese Partikel drehen sich nämlich dann entweder einzeln oder zu mehreren zu größeren Gebilden zusammengeschlossenen jeweils um ihre Schwerpunktachse mit der Drehfeldfrequetiz, so daß bei einer nicht zu hohen Strömungsgeschwindigkeit des Mediums die Wahrscheinlichkeit verhältnismäßig hoch ist, daß die in dem Medium suspendierten Teilchen in die unmittelbare Nähe dieser Partikel und somit in Bereiche mit großem Magnetfeldgradienten gelangen.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren F i g. 1 bis 5 vier verschiedene Ausführungsformen von Vorrichtungen gemäß der Erfindung mit Filterstrukturen schematisch veranschaulicht sind.

Die Vorrichtung gemäß F i g. 1 wird im allgemeinen so angeordnet, daß ihr in der Figur dargestellter Querschnitt in einer horizontalen Ebene liegt. Die Vorrichtung enthält einen Ständer 2 einer Drehfeldmaschine, der aus einem zylinderförmigen Blechpaket 3 besteht, in dem eine zentrale Bohrung 4 vorgesehen ist. An der

b^r> Innenseite dieses im Querschnitt somit ringförmig ausgebildeten Blechpaketes ist eine vorbcsiimmte Anzahl von Nuten 5 vorgesehen, in die eine Drehstromwicklung 6 eingelegt ist. Durch die Bohrung 4 ist ein rohrförmiger

Körper 8 aus nichtmagnetischem und nicht-elektrisch leitendem Material gesteckt dessen von der Wicklung umgebener Innenraum ein Arbeitsvolumen 9 darstellt. Wird nun die im Ständer angeordnete Wicklung 6 mit Drehstrom gespeist, dann ruft diese in dt:m zentralen Arbeitsvolumen 9 ein Drehfeld Φ hervor, dessen Feldlinien in der Figur durch drei gepfeilte, gestrichelte Linien

11 angedeutet ist. Dieses Drehfeld läuft mit einer Winkelgeschwindigkeit ω um eine zentrale Achse 10 der Vorrichtung um und ist im wesentlichen radial bezüglich dieser Achrc gerichtet. Dabei gilt für die Winkelgeschwindigkeit ω — 2.Ύ ■ f/p, wobei / die Frequenz des Drehstromes und ρ die Polpaarzahl der Ständerwicklunge ist.

In das zylindrische Arbeitsvolumen 9 wird ein gasförmiges oder flüssiges Medium eingeleitet, in dem feinste magnetisierbare Teilchen suspendiert sind. Solche Teilchen sind beispielsweise Magnet-Teilchen mit TeilchengröBen bis unter 1 μπι oder auch kleinste Hämatit- oder CuO-Teilchen. Das von der Ständerwicklu.ig 6 hervorgerufene rotierende Magnetfeld Φ, dessen magnetische Induktion in dem Arbeitsvolumen 9 beispielsweise nur etwa 0,1 Tesla beträgt, durchdringt die Suspension über die ganze axiale Länge der Ständerwicklung. Dabei entstehen unzählige und gleichmäßig über das ganze Arbeitsvolumen 9 verteilte Gebilde aus diesen magnetisierbaren Teilchen. In der Figur sind nur einige dieser Gebilde, die beispielsweise das Hundertfache der Größe der einzelnen Teilchen haben können, vergrößert angedeutet und mit 12 bezeichnet. Diese Gebilde rotieren in dem Drehfeld Φ um ihren Schwerpunkt. Aufgrund dieser Rotation wird die nähere Umgebung eines solchen Gebildes weitgehend von den feinsten Teilchen gesäubert. Durch zufälliges Zusammenstoßen wandern die Gebilde 12 nur langsam durch das Arbeitsvolumen 9.

Das Arbeitsvolumen 9 ist mit einer um die Achse 10 spiralförmig und locker gewickelten Netzrolle 30 praktisch vollständig ausgefüllt. Diese Netzrolle stellt beispielsweise ein Filter der sogenannten Hochgradienten-Magnettrenntecnnik dar. das aus feinen Drähten aus ferromagnetischem Material besteht. Bei dieser Vorrichtung lagern sich also in dem Arbeitsvolumen 9 die Teilchen nicht nur zu verhältnismäßig großen Gebilden

12 an, sondern in diesem Volumen können auch die entstandenen Teilchengebilde zugleich aus dem durch es hindurchtretenden Medium mit Hilfe der Netze herausgefiltert werden. Da die Netzrolle 30 mehr oder weniger locker je nach der Strömungsgeschwindigkeit des Mediums gewickelt ist, führen ihre Netzteile eine mit der Drehfrequenz /'des Magnetfeldes schwingende Bewegung aus. Aufgrund dieser schwingenden Bewegung können auch sehr schwach magnetische, kleinste Teilchen wie z. B. aus CuO oder A-Fe₂Ch mit einem verhältnismäßig hohen Abscheidegrad herausgefiltert werden, obwohl das von der Drehfeldwicklung 6 hervorgerufene Drehfeld Φ in den Arbeitsvolumen eine verhältnismäßig geringe magnetische Induktion von beispielsweise 0,1 Tesla hat.

Gemäß einem entsprechenden Ausführungsbeispiel dieser Vorrichtung besteht die locker, spiralförmig um die Achse 10 gewickelte Netzrolle 30 aus Chromstahl. Ihre Drähte haben einen Durchmesser von 0.067 mm und ihre Maschenweile beträgt 0.14 mm. In einem Drehfeld von 0.1 Tesla können dann nach einer Minute Filierzeil CuO-Tcilchen /u über WVo herausgefiltert werden, ['.in solcher Abscheidegrad \\ ird mit dieser Vorrichtung für \-Fe;O,-Teilchen bereits nach 10 Sekunden erreicht, l.bensn können le-,Οι- und ;· I e O 1-Ί "eilchen mit diesen hohen Abscheidegraden herausgefiltert werden.

Ein noch höherer Abscheidegrad läßt sich dadurch erreichen, daß man eine Filterstruktur innerhalb des Arbeitsvolumens rotieren läßt. Eine entsprechende Vorrichtung ist in F i g. 2 im Querschnitt teilweise angedeutet. Die in der Figur nicht ausgeführten Teile dieser Vorrichtung entsprechen denen nach Fig. 1. Die Vorrichtungenthält in einem hohlzylinderförmigen Arbeitsvolumen einen um die Achse 10 der Vorrichtung rotierenden Kurzschlußanker 32. der durch das von der Wicklung in dem Arbeitsvolumen hervorgerufene Drehfeld in Rotation versetzt wird. An der Außenseite dieses Ankers ist eine spiralförmig gewickelte Netzrolle 33 befestigt, die in dem zwischen dem Anker 32 und der Wicklung 6 ausgebildeten, im Querschnitt ringförmigen Arbeitsvolumen 34 mitrotiert.

Statt des Kurzschlußläufers der Vorrichtung nach F i g. 2 zum Antrieb der Netzrolle kann auch ein Motor außerhalb des Arbeitsvoluniens vorgesehen sein. Mit einer soichen Antriebsvorrichtung kann vorteilhaft die Drehgeschwindigkeit der Filterstruktur unabhängig von der Drehfrequenz des Magnetfeldes eingestellt, insbesondere geringer gehalten werden. Gegebenenfalls kann so auch ein periodischer Wechsel der Drehrichtung vorgenommen werden.

Darüber hinaus kann als bewegte Filterstruktur statt des Netzwickels 33 auch ein Stapel aus einzelnen Netzronden vorgesehen werden, der mit dem Kurzschlußläufer 32 oder einein externen Antrieb verbunden ist.

Zur Abscheidung von kleinsten Teilchen insbesondere aus einem gasförmigen Medium ist eine Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung geeignet, die in den F i g. 3 und 4 als Quer- bzw. Längsschnitt teilweise veranschaulicht ist. Diese Vorrichtung enthält ein zylindrisches, von einem Drehfeld durchsetztes Arbeitsvolumen 9, in das ferromagnetische, im Vergleich zu der Größe der abzuscheidenden Teilchen verhältnismäßig große Partikel, beispielsweise Ferrit-Partikel, eingebracht sind. Diese Partikel werden innerhalb des Magnetfeldes gehalten und reihen sich längs der Feldlinien zu Ketten auf. von denen in den Fig. 3 und 4 nur einige als gestrichelte Linien dargestellt und mit 36 bezeichnet sind. Diese Ketten bilden somit eine netzartige Filterstruktur Aufgrund des vor- der Wicklung hervorgerufenen, mit der Winkelgeschwindigkeit ω umlaufenden Drehfeldes drehen sich zu mehreren zusammengeschlossene oder auch einzelne Partikel dieser Filterstruktur um ihren Schwerpunkt mit dieser Winkelgeschwindigkeit. Wird nun durch das Arbeitsvolumen 9 ein gasförmiges Medium mit den abzuscheidenden Teilchen hindurchgeleitet, so lagern sich diese Teilchen in dem Drehfeld zunächst zu größeren magnetisierbaren Gebilden ab, die dann von dieser bewegten Netzstruk-

v. tür aus den ferromagnetischen Partikeln eingefangen werden. Die Vorteile dieser Ausführungsform der Vorrichtung nach der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß sie sich besonders einfach reinigen läßt, da bei Abschaltung des Drehfeldes die ferromagnetischen Par-

W) tikel aufgrund der nun fehlenden, von dem Drehfeld bisher ausgeübten magnetischen Kräfte aus dem Arbeitsvolumen unter dem Einfluß der Schwerkraft herausfallen. Wie in F i g. 4 angedeutet ist. kann beispielsweise das Medium M mil den abzuscheidenden Teilchen

pi von der Seite her an das Aibeitsvolumen 9 über eine Rohrleitung 37 herangeführt werden, wobei diese Rohrleitung erst unmittelbar unterhalb des Arbeitsvoluniens in die vertikale Richtung der Drehreklachse 10 über-

geht. In der Figur ist die Strömungsrichtung des Mediums M durch einzelne Pfeile angedeutet. In der Verlängerung der Drehfeldachse tO nach unten kann die Rohrleitung 37 zu einem Auffangbehälter 38 ausgebildet sein, in dem sich die ferromagnctischen Partikel der r> Netzstruktur und die an ihnen abgeschiedenen Teilchen bei abgeschaltetem Drehfeld absetzen.

Bei den Ausführungsformen einer Vorrichtung zur Abscheidung feinster magnetisierbarer Teilchen gemäß den Fig. I bis 4 ist davon ausgegangen, daß die Strömung des Mediums, in dem die abzuscheidenden Teilchen suspendiert sind, in dem Arbeitsvolumen stets senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes und parallel zu der Achse der Magnetspule erfolgt. Bei den Filtervorrichlungen gemäß der Erfindung kann jedoch auch eine radiale Strömung in Richtung des von der magnetspule erzeugten Magnetfeldes vorgesehen wenden. Eine entsprechende Ausführungsforin ist in F i g. 5 als Längsschnitt veranschaulicht. Die vertikal angeordnete Vorrichtung enthält eine Drehfeldwicklung 6, die das untere Endstück 41 eines nach oben hin geöffneten Rohres 42 aus nicht-magnetischem Material konzentrisch umgibt. Das Endstück dieses Rohres, das ein Arbeitsvolumen 43 darstellt, ist dabei von einer scheibenförmigen Platte 44 nach unten hin abgeschlossen. Diese Platte ist mit einer zentralen Bohrung 45 versehen, durch die das obere Endstück 46 eines weiteren Rohres 47 aus nicht-magnetischem Material hindurchgestecki ist. Das Endstück 46 ist von einer konzentrisch angeordneten, scheibenförmigen Platte 48 nach oben hin dicht abgeschlossen. Der Außendurchmesser dieser Platte ist dabei kleiner als der Innendurchmesser des Rohres 42 gewählt, so daß zwischen der Platte und dem Rohr ein ringscheibenförmiger Spalt 49 ausgebildet ist. Ferner ist das Endstück 46 des Rohres 47 im Bereich des Arbeitsvolumens 43 mit einer Vielzahl von über seinem Außenumfang verteilten Löchern 50 versehen. Es kann ebensogut auch als Netzröhre gestaltet sein. Um das Endstück 46 ist ein Wickel 51 aus einem ferromagnetischen Drahtnetz mehr oder weniger locker gewickelt. In dem von der Drehfeldwicklung 6 erzeugten Drehfeld können so die Netze des Wickels 51 Schwingungen mit der Frequenz des Drehleides ausführen. Wie in der Figur durch Pfeile angedeutet ist, wird ein Medium M mit in ihm suspendierten Teilchen zunächst in axialer Richtung von unten her durch das Rohr 47 in die Vorrichtung eingeleitet und tritt durch die Löcher 50 in dem Rohrendstück 46 in das Arbeitsvolumen 43 ein. Es wird dabei, insbesondere auch aufgrund der in einer radialen Ebene liegenden scheibenförmigen Platte 48 zu einer Strömung in radialer Richtung gezwungen und durchströmt so den Netzwickei 5i vorteilhaft senkrecht zu den einzelnen Neizlagen. An der Innenwand des Endstückes 41 des Rohres 42, bis zu der sich der Netzwickel 51 nicht zu erstrecken braucht, wird der Strom des gefilterten Mediums, das mit M' bezeichnet ist, wieder in axiale Richtung umgelenkt und tritt dann über den Spalt 49 in das Rohr 42 ein, in dem es abgeleitet wird.

Gegebenenfalls kann das Endstück 46 des Rohres 47 auch aus ferromagnetischem Material bestehen und beispielsweise ein Vollzylinder sein, der mit einzelnen Bohrungen zur Durchführung des Mediums M versehen ist Mit dieser Maßnahme läßt sich die Feldstärke in dem Arbeitsvolumen 43 und lassen sich somit die Feldgradienten an den Drähten des Netzwickels 51 weiter erhöhen.

Den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1 bis 5 ist ein Drehfeld zugrundegelegt das von der Ständerwicklung eines Drehstrommotors erzeugt wird. Für die Vorrichtung gemäß der Erfindung kann jedoch ebensogut das erforderliche Drehfeld auch von um das Arbeitsvolumen sich drehenden Dauermagneten oder auch entsprechenden gleichstromgespeisten Magnetspulen hervorgerufen werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Abscheidung feinster magnetisierbarer Teilchen bis zu Teüchengrößen unter 1 μηι aus einem gasförmigen oder flüssigen Medium, das in ein Arbeitsvolumen eingebracht ist, das sich in einem magnetischen Drehfeld befindet und in dem eine Filterstruktur einer Filtereinrichtung angeordnet isu nach Patent 27 38 649, gekennzeichnet durch eine bewegte Filterstruktur (30,33,36,51).

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine in Schwingung versetzte Filterstruktur.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Filterstruktur aus einem Drahtnetz (30), das um die Drehachse (10) des magnetischen Drehfeldes Φ oder eine parallel dazu liegende Achse lokker gewickelt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Filterstruktur aus einem Drahtnetz (51), das um ein im Bereich des Arbeitsvolumens (43) mit öffnungen versehenes, an der freien Stirnseite geschlossenes Endstück (46)eines Innenrohres (47) lokker gewickelt ist (F i g. 5).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch ein Endstück (46) des Innenrohrcs (47) aus ferromagnetischem Material.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine rotierende Filterstruktur.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Filterstruktur (33). die mit einem in dem Arbeitsvolumen (34) rotierenden Kurzschlußläufer (32) verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Filterstruktur aus einem um den Kurzschlußläufer (32) locker gewickelten Netz (33) (F ig· 2).

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Filterstruktur aus einem mit dem Kurzschlußläufer verbundenen Stapel aus Notzronden.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch einen Antrieb außerhalb des Arbeitsvolumens (9) zum Bewegen der Filierstruktur.

11. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterstruktur aus einzelnen, sich in Richtung der Feldlinien des magnetischen Drehfeldes Φ lagernden Partikeln aus ferromagnetischem Material besteht (F i g. 3).

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch ein Drehfeld, das von der Ständerwicklung (6) eines Drehstrommotors oder von um das Arbeitsvolumen (9, 34, 43) sich drehenden Dauermagnete oder sich drehenden gleichstromgespeisten Magnetspulen erzeugt ist.