DE29522016U1

DE29522016U1 - Vorrichtung zur magnetischen Beeinflussung kristallbildender Reaktanden in wässrigen Lösungen

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Publication number: DE29522016U1
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Filing date: 1995-03-18
Publication date: 1999-05-20
Anticipated expiration: 2005-03-19

Description

Volker Pröstler
Berlinerstraße 24
68647 Biblis
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Anmelder: Volker Pröstler

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Vorrichtung zur magnetischen Beeinflussung kristallbildender Reaktanden in wässrigen Lösungen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur magnetischen Beeinflussung kristallbildender Reaktanden in wässrigen Lösungen gemäß den im Oberbegriff des Gebrauchs must er Schutzes 1 angegebenen Merkmalen.

Derartige Vorrichtungen, welche auf der Basis permanentmagnetischer Einwirkung auf wässrige Lösungen, beispielsweise Kesselsteininkrustationen verhindern sollen, sind bereits u.a. aus der EP 143 823 Al, der EP 352 213 Al, der DE 41 07 512 Al, der DE 88 14 078 Ul oder der DE 91 02 938 Ul bekannt. Aus den Beschreibungen dieser bekannten Vorrichtungen und Verfahren, bei denen Ring-, Stab-, aber auch Platten aus permanentmagnetischem Material mit unterschiedlichen Abständen und magnetfeldverdichtenden Zwischenlagen aus ferromagnetischen Materialien eingesetzt werden, ist ersichtlich, daß man zwar einen bestimmten Einfluß bewirken kann, es ist aber nicht ersichtlich, aufweichen Funktionsmechanismus dieser Einfluß zurückzuführen ist, wie die richtige Magnetanordnung ermittelt wurde und wie sich die Funktionsweise einer derartigen Vorrichtung auf chemisch - physikalischem Wege bewirken läßt; die Kenntnis derartiger Parameter ist aber unbedingte Voraussetzung für die optimale Funktionsweise einer derartigen Vorrichtung bzw. eines solchen Verfahrens.

Die bisher vorgeschlagenen Versuchsdurchführungen zur Beweisführung der Funktionsweise dieser Wasserbehandlungsart wurden wissenschaftlich nicht anerkannt, meist handelt es sich bei derartigen Vorschlägen um Vergleichsmessungen von abgelagerten Calciumcarbonat -

Steinbildungen, welche nach Langzeitversuchen mit und ohne Geräteeinsatz optisch ermittelt wurden. Auch wurde das Kristallisationsverhalten gelöster Calciumverbindungen, welche beim Zusammengeben mit gelösten Calciumverbindungen das fast unlösliche Calciumcarbonat bilden, mit - und ohne Magnetfeldeinfluß gemessen und wurde als Beweis für die Funktionsweise gewertet, obwohl bei solchen Versuchen im Gegensatz zu den in einem natürlichen Wasser gelösten Substanzen völlig andere Bedingungen vorliegen. Auch die Erklärungen, daß in einem physikalisch behandelten Wasser vorwiegend die Calciumcarbonat - Modifikation Aragonit gebildet wird und in einem nicht behandelten Wasser die Calcit - Modifikation oder umgekehrt, ist chemisch nicht nachvollziehbar.

Bekannterweise zerfällt ein Ionenkristall beim Lösen in Wasser in seine positiv und negativ geladenen Bestandteile (Ionen). Die lösenden Wassermoleküle schwächen dabei, bedingt durch ihre Dipolkräfte, die elektrostatischen Gitterenergien des Ionenkristalls, umschließen die gelösten Ionen mit einer Wasserhülle ( Hydratation) und vereinzeln die vorher fest zusammengefügten elektrischen Ladungsbausteine des Ionenkristalls innerhalb der dann entstehenden Elektrolytlösung. Bekannt ist auch, daß auf alle elektrischen Ladungsträger beim Durchströmen magnetischer Felder die Lorentz - Kraft einwirkt, wobei Geschwindigkeit, Magnetfeld und Kraft für positive Ladungen eine Rechtsschraube und für negative Ladungen eine Linksschraube bilden. Die Lorentz - Kraft steht dabei stets senkrecht zur Bewegungsrichtung, sie verändert dabei nicht den Betrag der Geschwindigkeit, sondern nur die Richtung.

Alle elektrischen Ladungsträger in einer strömenden Elektrolytflüssigkeit unterliegen in einem magnetischen Feld dem Einfluß der Lorentz - Kraft, das bedeutet, alle positiv geladenen Kationen innerhalb eines magnetischen Feldes unterliegen beim Durchströmen in dessen Feldlinienbereich einer rechtsgerichteten Ablenkung und alle strömenden negativ geladenen Anionen einer linksgerichteten Ablenkung, gesehen in Strömungsrichtung, Feldlinien von unten ( Nordpol) auf die Ionen einwirkend.

Die bisher bekannten derartigen Vorrichtungen zur physikalischen Wasserbehandlung, welche mittels der unterschiedlichsten Magnetanordnungen, wie Ring-, Stab oder Plattenmagnete, teils mit - und teils ohne Flüssigkeitskontakt, teilweise mit Einsätzen von ferromagnetisehen Materialien zur Magnetfeldverdichtung, teilweise mit konstruktiven Maßnahmen zur Flüssigkeitsbeschleunigung und - umleitung, zeigen aufgrund fehlender Funktionskenntnisse meist nur einen geringen Lorentz - Kraft- Einfluß auf die im Wasser dissoziierten Ionen, beispielsweise des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichtes. Vorrichtungen mit ferromagnetischen

Einsätzen zur Feldlinienverdichtung erhöhen zwar auch den Einfluß der Lorentz - Kraft, können aber bei Trinkwässern aufgrund korrosionstechnischer Probleme nicht wasserberührend und somit nicht effektiv genug eingesetzt werden.

Hiervon augehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die eingangs genannte Vorrichtung dahingehend weiterzubilden, daß die Anordnung der permanentmagnet!sehen Platten optimiert und die magnetische Beeinflussung kristallbildender Reaktanden verbessert wird. Die Vorrichtung soll eine einfache Konstruktion aufweisen und eine effektive Beinflussung der wässrigen Lösung ermöglichen.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß den kennzeichneten Merkmalen des Schutzanspruchs 1.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur magnetischen Beeinflussung kristallbildender Reaktanden in wässrigen Lösungen^ z.B. Trinkwasser, Brauchwasser, Heizungswasser u.a., wobei bei kurzzeitigem Durchfluß der zu behandelnden Flüssigkeit, beispielsweise die Calciumcarbonat Kristallkeimbildung derart beeinflußt wird, daß dieses Calciumcarbonat nicht mehr in seiner festhaftenden, steinbildenden Form aufwächst, sondern einen feinkörnigen Kristallschlamm bildet, der leicht aus den behandelten Systemen ausspülbar ist. Die Reaktionen, die zu dieser Beeinflussung und letztendlich zu diesem Ergebnis führen, werden nachfolgend erstmalig in dieser Form beschrieben, und zwar bezogen auf das Kristallisationsverhalten des Calciumcarbonates.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur magnetischen Beeinflussung kristallbildender Reaktanden in wässrigen Lösungen basiert auf der Erkenntnis, daß beim Durchströmen einer wässrigen Elektrolytlösung durch ein statisches Magnetfeld die in der Elektrolytlösung verteilten positiv und negativ geladenen Ionen durch die einwirkende Lorentz-Kraft eine unterschiedliche Ablenkung erfahren, die derart ausgerichtet ist, daß die vorher parallel mit den Lösungsmittelmolekülen in Strömungsrichtung strömenden elektrischen Ladungsträger (Ionen ) innerhalb des magnetischen Feldes derart um die magnetischen Feldlinien abgelenkt werden, daß die gegenpoligen Teilchen miteinander kollidieren, während die dipolartigen Wassermoleküle des Lösungsmittels lediglich polarisiert werden, aber keiner Ablenkung unterliegen. Dabei werden die kristallbildenden Reaktanden in der Elektrolytlösung durch die Umwandlung von

Strömungsenergie in Aktivierungsenergie derart beeinflußt, daß eine vorzeitige Kristallkeimbildung einsetzt.

Die umhüllenden und die ionenabschirmenden Wassermoleküle innerhalb der Elektrolytlösung werden aufgrund ihrer Dipol-Molekularstruktur innerhalb der magnetischen Feldlinien polarisiert, unterliegen aber keiner Ablenkung. Diese, im ionalen Bereich ablaufenden Vorgänge sind die Grundlage für die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur magnetischen Beeinflussung kristallbildender Reaktanden in wässrigen Lösungen sind die parallel zueinander liegenden permanentmagnetischen Platten mit den dazwischen befindlichen Strömungsschlitzen derart optimal angeordnet, daß auf die Ionen der behandelnden Flüssigkeit infolge der gegenläufigen Ablenkung in den einwirkenden magnetischen Feldlinien und der berechneten Wechselfrequenzen der Magnetfelder die Strömungsenergie optimal in die Aktivierungsenergie zur Bildung von CaI-ciumcarbonat-Kristallisationskeimen umgesetzt wird. Diese in der "freien Lösung" gebildeten Minikristalle dienen als Kristallisationskeime für die weitere Anlagerung und Aufkristallisation der kesselsteinbildenden Ionen; dadurch entsteht vorwiegend der nicht fest haftende feinkörnige Kristallschlamm, der leicht aus den behandelten Systemen auszuschlämmen ist.

Die Entstehung dieser Kristallkeime in einem magnetischen Feld lassen sich mit Hilfe chemisch-physikalischer Gesetzmäßigkeiten einfach erklären. Bekannterweise ist das im Regenwasser physikalisch gelöste Kohlenstoffdioxid, von dem ca. 0,2% in der dissoziierten Form HCO₃" und H₃O⁺ vorliegt,verantwortlich für die Löslichkeit des schwerlöslichen Calciumcarbonates in die leichtlöslichen und danach ional vorliegenden Ca²⁺ und HCO₃" ( Calcium + Hydrogencarbonat-Ionen ) nach folgenden Reaktionen:

(1) 2H₂O + CO₂ <==> H₂CO₃ + H₂O <==> HCO₃" + H₃O⁺ <=> CO₃ ²" + 2H₂O

(2) CaCO₃ + HCO₃" + H₃O⁺ <=> Ca²⁺ + 2 HCO₃" + H₂O = Ionenform

Reaktion (1) zeigt die verschiedenen Gleichgewichtsabstufungen des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichtes bis hin zur Kristallisation, ohne Anführung des Calcium - Ions. Das Gleichgewicht in Reaktion (2) liegt z.B. bei einem vom Wasserwerk gelieferten Trinkwasser fast ausschließlich auf der rechten Seite der Gleichung, bei sinkendem Systemdruck und/oder ansteigenden Temperaturen verschiebt sich dieses Gleichgewicht langsam auf die

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linke Seite der gezeigten Formel und es kommt zur Aufkristallisierung ( Steinbildung) des Calciumcarbonates.

Die Entwicklung einer Vorrichtung zur magnetischen Beeinflussung der kristallbildenden Reaktanden in wässrigen Lösungen mit einem optimalen Wirkungsgrad, bei deren Einsatz die harte Aufkrustung des Calciumcarbonates wirksam vermindert wird, setzt die Kenntnis der chemisch-physikalischen Wirkmechanismen voraus, welche zu der gewünschten Kristallisationsänderung führt. Zwei nachfolgend beschriebene Faktoren begründen den chemischen Wirkmechanismus der" Physikalischen Wasserbehandlung ".

1. Die besondere Bindungsform der Kohlenstoff-Sauerstoffverbindungen im Carbonat-Ion und

2. die besondere Wanderungsform energieangeregter Protonen in wässrigen Lösungen.

Zu 1. Aus den gezeigten Reaktionen in (1) ist ersichtlich, daß das Kohlensäure-Molekül in. Wasser dissoziiert, indem es seine Protonen abgibt. Die Dissoziation findet in zwei Stufen statt:

H₂CO₃ Dissoziation Assoziation H⁺ + HCO₃' Dissoziation Assoziation 2H⁺ + CO₃ ²" Kohlensäure Hydrogencarbonat Carbonat

Die tatsächlich in der Lösung vorliegenden Anteile von Kohlensäure und Carbonat-Ionen sind das Resultat eines Gleichgewichtes zwischen der Reaktion vorwärts (Dissoziation) und derjenigen zurück (Assoziation). Die Besonderheit beim Carbonat-Ion besteht darin, daß die kovalenten Bindungen zwischen den planar ausgerichteten Sauer stoff-Atomen und dem Kohlenstoff-Zentralatom durch "delokalisierte Elektronen" erreicht werden, d.h., die zwei Bindungselektronen, die nach der Dissoziation am Carbonat-Ion zurückbleiben, sind über das gesamte Ion gleichmäßig verteilt, damit sind alle C-O-Bindungen im Carbonat-Ion ein Mittel- « ding zwischen Einfach-und Doppelbindung. Durch Röntgenstrukturanalysen ist bestätigt, daß die Bindungslängen zwischen den C-O-Bindungen im Carbonat-Ion 136 pm betragen, wobei die "normale" C-O-Einfachbindungslänge 143 pm und die C=O-Doppelbindung 123 pm beträgt. Diese Delokalisierung fördert durch Stabilisierung des Carbonat-Ions die Dissoziation und drängt die Assoziation zurück, denn wenn die Protonen wieder an das Carbonat-Ion gebunden werden, wird die Delokalisierung wieder aufgehoben, indem die Elektronen in den O-H-Bindungen fixiert werden. Aus diesem Grund ist das Gleichgewicht bei der Dissoziation der

• ·

Kohlensäure auf die rechte Seite verschoben, die Kohlensäure ist eine stärkere Säure, als ohne Delokalisierung zu erwarten wäre und das Carbonat-Ion gibt seine beiden Protonen bei Änderungen äußerer Einflüsse schnell ab.

Zu 2. Die dissoziierten Protonen liegen in einer wässrigen Lösung nicht als Einzelionen vor, sondern sind als Oxonium-Ionen ( H₃O⁺ ) oder genauer als Hydronium-Ionen vor, mit drei Wassermolekülen hydratisiert. [ H₃O ( H₂O )₃ ]⁺ Energetisch angeregte Protonen bewegen sich in wässrigen Flüssigkeiten nicht wie andere Ionen, das heißt, nicht das Ion als solches wandert, sondern die elektrisch positiven Ladungen der Protonen werden in solchen Fällen über Ketten assoziierter Wassermoleküle durch einfache Bindungsänderungen Kovalenz - Wasserstoffbrücken - Bindungen weitergeleitet.

—O—H—6—H—Q -

• Q~H—0---H—0—H—0—

+ &Ogr;—&EEgr;—0-H—0-&EEgr;—&oacgr;-&EEgr;—Ö ^ &Ogr;—&EEgr;—&Ogr;—&EEgr;—&Ogr;—&EEgr;—Ö---H-Q +

H HH H

Weitergabe energieangeregter Protonen über Ketten assoziierter Wassermoleküle

Es bedeuten: kovalente Bindungen

— Wasserstoffbrücken-Bindungen

Die physikalische Wasserbehandlung wird in der Hauptsache bei Wässern angewandt, deren Calcium - und Hydrogencarbonat-Ionenkonzentration so hoch sind, daß es beim Entfernen der stabilisierenden Kohlensäure zu unerwünschten Calciumcarbonat - Kristallisationen kommt. ( Steinbildung ) Grundlage einer jeden Kristallisation ist die Bildung von Kristallkeimen, also winzigen Teilchen, welche bereits so stabil sind, daß sie nicht mehr gelöst werden können und an denen die restlichen Bausteine des wachsenden Kristalls aufwachsen werden. Dieses Wachstum wird deutlich begünstigt, wenn als Kristallisationskeime gleichkristalline Bausteine vorhanden sind, weil in solchen Fällen die elektrischen Gitterschwerpunkte der aufwachsenden Kristalle genau zueinander passen. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die Bildung derartiger artgleicher Kristallisationskeime durch die berechnete Wirkfrequenz der magnetischen Schnittfelder an den Verbindungsstellen der einzelnen permanentmagnetischen Platten innerhalb der parallel zueinander angeordneten Reihen und dem kleinstmögli-

chen, wirtschaftlich noch vertretenden Abstand zwischen den Magnetplatten und der berechneten hohen Strömungsgeschwindigkeit der behandelten Lösung erreicht.

Wie bereits früher angeführt, unterliegen alle Ionen in einer zu behandelnden Flüssigkeit beim Durchströmen der erfindungsgemäßen Vorrichtung dem Einfluß der Lorentz-Kraft, welche bewirkt, daß die vorher parallel zueinander strömenden positiven und negativen Ionen eine untereinander kollidierende Bewegungsrichtung annehmen. Im Falle der physikalischen Wasserbehandlung mit Hilfe der in der erfindungsgemäßen Vorrichtung angeordneten magnetischen Felder bedeutet dies, daß alle Anionen, z.B. Hydrogencarbonate und Carbonate und alle Kationen, z.B. Calcium, aufeinander zuströmen und bei entsprechender Strömungsenergie ( Aktivierungsenergie ) auch energetisch so aufeinanderprallen, daß in großer Anzahl die für den weiteren Kristallisationsablauf so wichtigen Keime gebildet werden.

Die ablaufende Reaktion ist darauf zurückzuführen, daß während der kurzen Einwirkzeit der Lorentz-Kraft innerhalb der permanentmagnetisch erzeugten Felder in der erfindungsgemäßen Vorrichtung die nicht sehr stabilen Hydrogencarbonat-Ionen kurzzeitig in Protonen- und Carbonat-Ionen zerfallen, welche durch ihre gegenpolige Ladung in unterschiedliche Richtung abgelenkt werden. Dabei werden in den magnetischen Feldern die elektrischen Ladungen der Protonen durch Ladungsänderung über Ketten assoziierter Wassermoleküle weitaus schneller weitergeleitet als die jetzt freien Carbonat-Ionen und werden durch diese chemischphysikalische Besonderheit von den Carbonat-Ionen getrennt.

Nur diese freien Carbonat-Ionen sind nach der Protonentrennung durch ihre jetzt zweifach negative Ladung fähig, bei Zusammenstößen mit den zweifach positiv geladenen Calcium-Ionen 2xi reagieren und ungeladene Calciumcarbonat-Moleküle zu bilden. Die Hydrogencarbonat-Ionen mit einfach negativer Ladung sind dazu nicht fähig.

Die bei diesen Reaktionen entstehenden, ungeladenen Calciumcarbonatteilchen passieren im Gegensatz zu den Ionen alle anschließenden Magnetfelder ohne weitere Ablenkung und laufen quasi ihren eigenen Protonen davon, welche die erfindungsgemäße Vorrichtung nur im Zick-Zack-Kurs durchlaufen können. Die Ablenkungsgeschwindigkeit ist proportional der Teilchengeschwindigkeit, aufgrund dessen ist die Aufprallenergie ( Aktivierungsenergie ) der gegenpolig geladenen Ionen abhängig von der Teilchengeschwindigkeit vor dem Zusammenprall und wird ausschließlich von der Strömungsgeschwindigkeit der behandelten Lösung

innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung geliefert. Diese, im Innern der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur magnetischen Beeinflussung kristallbildender Reaktanden in wässrigen Lösungen ablaufende Reaktion dauert nur Sekundenbruchteile. Durch die erfindungsgemäße optimale Anordnung aller Komponenten dieser Vorrichtung werden in dieser kurzen Zeit in ausreichendem Maße die Kristallisationskeime in der "freien Lösung" gebildet, welche für die spätere Vereinzelung der Calciumcarbonat-Kristalle verantwortlich sind und die unerwünschte festhaftende Steinbildung durch Bildung eines feinkörnigen Kristallschlammes weitgehend vermeiden.

Teilweise werden die Kristallisationskeime nach der magnetischen Behandlung wieder von den in den Magnetfeldern miterzeugten freien Protonen nach der Reaktion

CaCO₃ + H₃O⁺ ^—^ Ca²⁺ + HCO₃ +H₂O

in die Ionenform zurückgeführt. Die 100 %ige Rücklösung in den ursprünglich vorhandenen Zustand ist aber nur möglich, wenn das Protonen-Kristallkeim-Verhältnis nach der magnetischen Trennung und Keimbildung zumindest stöchiometrisch, unter gleichem Druck, vorliegen würde, was im praktischen Einsatz aus den nachfolgend beschriebenen Gründen niemals gegeben ist.

1. Die Verweilzeit des magnetbehandelten Wassers in den druckseitigen Leitungssystemen ist zu kurz und viele Protonen werden durch Wechselreaktionen mit den bereits aufgewachsenen Calciumcarbonaten an den metallischen Werkstoffoberflächen der Druckhaltesysteme eine Reaktion eingehen und können deshalb an den Kristallkeim-Auflösungsreaktionen nicht mehr teilnehmen. Bereits beim Öffnen der Verbraucherventile kommt es kurzzeitig zum Druckabfall im System, was bereits eine Gleichgewichtsverschiebung in Richtung Kristallkeimbildung bewirkt. Beim Ausströmen des magnetisch behandelten Wassers aus den Verbraucherventilen ist die volle Stabilisierung der Kristallkeime durch den Druckabfall: - System - Atmosphärendruck - gegeben, denn unter Leitungsdruck ist die Konzentration des physikalisch gelösten Kohlenstoffdioxids im Kalk-Kohlensäure-Gleichgewicht des zu behandelnden Wassers aufgrund der vorausgegangenen drucklosen Aufbereitung (Entgasung, Filterung und Aufbewahrung), im Verhältnis zu den anderen Reaktionspartnern, zu gering.

2. Die Reaktionen der Protonen mit den Carbonaten, welche bereits als erwünschte, korrosionsverhindernde Schutzschichten als Me²⁺Carbonate bzw. bei weiterer Aufkristallisation als Calciumcarbonat-Schichten auf den Werkstoffoberflächen vorliegen, führt zu einer Gleichge-

wichtsreaktion zwischen Auflösung und Aufkristallisierung der Calciumcarbonate. Diese Gleichgewichtsreaktion bewirkt, daß die Calciumcarbonate nicht durch immer weitere Aufkristallisation die Rohrsysteme verstopfen, sondern als dünne, fast unlösliche, feinkörnige Schutzschichten die Werkstoffoberflächen vor weiteren Korrosionsangriffen schützen.

Gemäß einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird ein Verfahren vorgeschlagen, mittels welchem die Überprüfung von Vorrichtungen zur magnetischen Beeinflussung kristallbildender Reaktanden in wässrigen Lösungen durchführbar ist. Diesem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, daß eine Wirksamkeitsprüfung derartiger Vorrichtungen und somit den Nachweis der Funktionsfähigkeit derartiger Vorrichtungen auf chemisch-physikalischem Weg nur über eine pH-Messung durchführbar ist. Gemäß dem aufgefundenen Verfahren wird die Vorrichtung unter Beibehaltung des kontinuierlichen Magneteinflusses der pH-Wert des behandelten Wassers unter bestimmten Voraussetzungen während der gesamten Kalk- Kohlensäure-Gleichgewichtsverschiebung nach der alkalischen Seite gemessen. Vergleichend hierzu wird der pH-Wert unter gleichen chemischen Bedingungen gemessen, aber unter Einsatz eines baugleichen Dummys der zu überprüfenden, insbesondere der erfindungsgemäßen Vorrichtung, in welchem Dummy die ehemals magnetischen Platten ihre magnetischen Eigenschaften, insbesondere aufgrund längerer Erhitzung über den Curie-Punkt, nicht aufweisen.

Das Prüfwasser wird bei diesem Prüfverfahren mittels einer Umwälzpumpe in einen Kreislaufbetrieb über die erfindungsgemäße Vorrichtung, bzw. über den Dummy gefahren, dabei wird kontinuierlich der pH-Wert mittels einer Präzisionseinrichtung gemessen und der pH-Verlauf als Schreiberaufzeichnung registriert. Alle Temperaturveränderungen und/oder vorhandene Kristallspuren verändern die ional ablaufenden Reaktionen in der wässrigen Lösung und somit auch den pH-Wert während der Gleichgewichtsverschiebung. Die ermittelte Kurve über den zeitlichen Verlauf des pH-Wertes gibt demgemäß Aufschluß über das Verhalten der kesselsteinbildenden Reaktanden in einer wässrigen Lösung, mit - und ohne physikalischer Wasserbehandlung. Mit dieser Messung läßt sich somit die Funktionsweise aller physikalischer Wasserbehandlungsarten auf chemisch-physikalischem Wege meßtechnisch nachweisen, denn alle diese Verfahren ( elektrisch, elektrostatisch, elektromagnetisch oder permanentmagnetisch ) arbeiten nach den gleichen chemisch-physikalischen Gesetzen, wie sie hier beschrieben sind; entscheidend ist immer nur die Feldlinienanordnung innerhalb der auf dieser Basis arbeitenden Geräte.

&iacgr;&ogr;

(1) CO₂ + 2H₂O <===> HCO₃ + H₃O⁺+ CaCO₃ <==> Ca²⁺ + 2HCO₃' + H₂O

Das in Wasser gelöste Kohlenstoffdioxid (CO₂) liegt zu ca. 99,8 % als physikalisch gelöstes Gas vor, ca. 0,2 % sind als HCO₃"und H₃O⁺-Ionen dissoziiert, die Protonen reagieren dabei mit dem in wässriger fast unlöslichen Calciumcarbonat und bilden das leichtlösliche Ca-Hydrogencarbonat. Solange noch physikalisch gelöstes Kohlenstoffdioxid in der Lösung vorhanden ist, werden diese Ionen im 99,8/0,2 % - Verhältnis ( bezogen auf die Restkonzentration des Kohlenstoffdioxids ) nachdissoziiert und können weiteres Calciumcarbonat lösen. Gleiches gilt übrigens auch für Wasserbehandlungen mit elektromagnetischen, elektrischen und elektrostatischen Feldern, entscheidend für den Wirkungsgrad solcher Geräte ist immer nur die Einwirkungsrichtung der Feldlinien ( elektrisch oder magnetisch ) und die Feldliniendichte auf die im Wasser gelösten Ionen. Gleiche Reaktionsmechanismen bewirken auch die Stabilität des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichtes, auch hier verhindert die Konzentration des des physikalisch gelösten Kohlenstoffdioxids und die dadurch immer wieder nachgebildeten Protonen die Rückkristallisation der Calciumcarbonate und somit die vorzeitige Steinbildung bei gleichbleibendem Systemdruck und gleichbleibender Temperatur.

(2) CO₂+ Ca²⁺ + 2HCO₃--> Ca²⁺ + HCO₃" + 2CO₂+OH"-* Ca²⁺+ CO₃ ² + 2CO₂+ H₂O Kristallisation -«*· = CaCO₃+ 2 CO₂ + H₂O

Mittels den schräg nach oben zeigenden Pfeilen wird angezeigt, daß CO₂ ausgast. Die kontinuierliche Gleichgewichtsverschiebung wird durch nach rechts ausgerichtete Reaktionspfeile verdeutlicht, das Gleichgewicht liegt anfangs komplett auf der linken Seite der Formel (2), dabei werden die OH^- - Ionen durch die nachdissoziierenden Protonen des Kohlenstoffdioxid-Depots zu Wasser neutralisiert. Erst wenn dieses Depot aufgebraucht ist, reagieren die OH" Ionen mit den Protonen der Hydrogencarbonate zu Wasser und es entstehen die freien Carbonat-Ionen, welche mit den Ca²⁺-Ionen zu unlöslichem Calciumcarbonat auskristallisieren.

Weiterbildung und besondere Ausgestaltung der Erfindung sind in den Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung von besonderen Ausfuhrungsbeispielen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1. einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung

Fig. 2. einen Längsschnitt der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit

Kristallisationsgitter als Ausfuhrungsbeispiel.

Fig. 3. eine Stirnansicht auf einen charakteristischen Querschnitt der Vorrichtung

gemäß Fig. 1.

Fig. 4. eine Stirnansicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel mit gleichen

Merkmalen für größere Durchflußmengen.

Fig. 5. einen Teillängsschnitt durch einen Strömungskanal zur Demonstration des

höchsten magnetischen Einflußbereiches bei einem Beispiel mit anziehend angeordneten Magnetplattenflächen.

Fig. 6. einen Teillängsschnitt durch einen Strömungskanal zur Demonstration des

höchsten magnetischen Einflußbereiches bei einem Beispiel mit abstoßend angeordneten Magnetplattenflächen.

Fig. 7. eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Prüfung der

Lorentz-Krafteinwirkung auf Ionen einer wässrigen Flüssigkeit.

Fig. 8. einen möglichen pH-Wert-Verlauf.

Die in Fig.l dargestellte Vorrichtung enthält einen druckfest ausgebildeten Gehäusekörper 1, in welchem eine Anzahl von Strömungskanälen 2 vorhanden sind. Die Strömungskanäle 2 liegen zwischen permanentmagnetischen Platten 3, welche zu parallelen Plattenreihen 4 aneinandergefügt sind, wobei in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel vier derartige Plattenreihen 4 vorhanden sind. Wie nachfolgend noch zu erläutern ist, sind zwischen den in Richtung ■ der Längsachse A-B des Gehäuses 1 benachbarten Permanentmagnete 3 Fügestellen 5 vorhanden. Die Permanentmagnete 3 sind innerhalb des Gehäuses 1 mittels wenigstens eines Abstandhalters 8 in definierter Weise festgelegt. Der oder die Abstandshalter 8 sind auf die Innenabmessungen des rohrförmigen Gehäusekörpers abgestimmt und an den beiden axialen Enden mittels zwei Deckeln 10,11 im Gehäusekörper 1 fixiert. Die Deckel 10,11 enthalten die Anschlußöffnungen 12,13 zur Verbindung mit einer Rohrleitung und sind in geeigneter Weise, insbesondere mittels Schraubverbindung mit dem Gehäusekörper 1 fest und dicht verbunden.

Die Strömungsrichtung ist mit Pfeilen 14 angedeutet. Die Strömungskanäle 2 sind insbesondere linear ausgebildet, doch können sie im Rahmen der Erfindung auf einer gekrümmten Kurve angeordnet sein. Maßgeblich ist, daß praktisch keine abrupte Strömungsumlenkung erfolgt und durch Verwirbelungen oder dergleichen unerwünscht hohe Druckverluste vermieden werden.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind drei sehr engschlitzig ausgebildete und parallel zueinander angeordnete Strömungskanäle 2 für die zu behandelnde und durchströmende Flüssigkeit dargestellt. Grundsätzlich genügt zur Realisierung der Erfindung ein einziger derartiger Strömungskanal und es sei festgehalten, daß je nach technischem Einsatzgebiet die Anzahl der von der zu behandelnden Flüssigkeit durchströmten Srrömungskanäle vorgegeben wird. Unabhängig von der jeweiligen Anzahl der Strömungskanäle erfolgt erfindungsgemäß innerhalb der Strömungskanäle eine Querschnittsverengung, wodurch die durchströmende Flüssigkeit eine Beschleunigung erfährt. Der oder die Srrömungskanäle sind parallel zur Gehäuseachse A-B angeordnet, wobei zwei gegenüberliegende Wände des jeweiligen Strömungskanals von einer Vielzahl der quaderförmigen, permanentmagnet sehen Platten 3 gebildet wird.

Die permanentmagnetischen Platten 3 erstrecken sich quer zur Zeichenebene und besitzen jeweils eine Höhe 16, welche gemäß Fig.l in der Zeichenebene orthogonal zur Längsachse A-B gemessen wird. Die Platten 3 sind jeweils in Richtung der Höhe 16 magnetisiert, so daß gemäß Fig.l in der linken, bzw. rechten Oberfläche magnetische Nordpole bzw. Südpole ausgebildet sind und umgekehrt. In der jeweiligen Plattenreihe 4 sind die in Richtung der Längsachse A-B hintereinander bzw. benachbart angeordneten Platten jeweils entgegengesetzt magnetisiert. Die einzelnen Platten sind mit ihren schmalen Längsseiten, welche quer zur Zeichenebene verlaufen, lose, magnetisch anziehend und flächengleich zu den wandbildenden Plattenreihen 4 aneinandergefügt. An den gleichfalls quer zur Zeichenebene verlaufenden Fügestellen 5 jeweils zwischen axial benachbarten permanentmagnetischen Platten 3 ist der Einfluß der Lorentz-Kraft auf die im Wasser hydratisierten Ionen am größten.

Fig. 2 zeigt eine besondere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, enthaltend zwischen den schlitzförmigen Ausgangsöffnungen der Srrömungskanäle 2 und der Ausgangsanschlußöffnung 13 wenigstens einen aus feinmaschigem Material bestehenden kristallisationsfördernden Gitterkörper 6, dessen ausgesuchtes und chemisch vorbehandeltes Werkstoffmaterial die Calciumcarbonat-Aufkristallisation besonders fördert. Die dünnschichtige Calciumcarbonat-Kristallistion an der Oberfläche dieses Gitterkörpers 6 ist erwünscht, da sie

die bereits beschriebenen Wechselreaktionen, nämlich Kristallisation = Aufwachsung sowie Protonenreaktion = Auflösung, beim Kontakt mit der behandelnden Flüssigkeit bereits innerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung bewirkt. Stehendes Medium bewirkt Aufkristallisation, strömendes Medium Auflösung, wobei die zwischen den feinmaschigen Material abgeschiedenen Kristallkeime eine Vergrößerung durch weiter aufwachsende Ca²⁺ und CO₃ ²" - Ionen erfahren. Diese Minikristallite werden bei erneuter physikalischer Wasserbehandlung durch die schnell strömende Flüssigkeit abgetragen, wirken einerseits als Protonenreaktanden und werden andererseits in das nachfolgende Leitungssystem mitgerissen und verstärken somit den Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung. Mit Distanzkörpern 7 ist der Abstand zwischen mehreren Gittern vorgegeben. Diese besondere Ausgestaltung mit Kristallisationsgitter gelangt vorzugsweise in Neuanlagen zum Einsatz. Bei dieser Ausgestaltung reagieren die gebildeten Protonen bereits innerhalb der Vorrichtung und an den nachfolgenden Rohrleitungsoberflächen können sich ungestört die dünnen Metallcarbonat-Schutzschichten bilden, die bei Neuanlagen dringend erforderlich sind.

Fig. 3 zeigt eine Stirnansicht gemäß der Schnittlinie C-D in Fig.l, wobei der rohrförmige Gehäusekörper 1 ebenso zu erkennen ist, wie die beiden Abstandshalter 8,9 der permanentmagnetischen Platten 3 der vier Plattenreihen 4. Die beiden Abstandshalter 8,9 sind als Halbschalen ausgebildet und mit Ausnehmungen 18 versehen, welche sich parallel zur Gehäuselängsachse durchgehend erstrecken. Zwischen den einzelnen Ausnehmungen 18,19 für die jeweiligen Platten 3 sind kleine Stege 20 vorhanden, welche sich gleichfalls über die gesamte Länge erstrecken und den Abstand der gegenüberliegenden wandbildenden Plattenreihen 4 und somit den freien Strömungsquerschnitt definieren. Wie bereits erläutert, erfolgt in den engschlitzigen und parallel zueinander angeordneten Strömungskanälen, wobei gemäß Fig.3 drei solche Strömungskanäle vorgegeben sind, eine Querschnittsverengung, bezogen auf den Strömungsquerschnitt der am Eingang und Ausgang der Vorrichtung angeschlossenen Rohrleitung. Die Querschnittsverengung liegt vorzugsweise im Bereich zwischen 10 und 30%, insbesondere zwi- ^v sehen 15 - 25%, wobei eine Querschnittsverengung in der Größenordnung von 20% sich als zweckmäßig erwiesen hat. Bei einer entsprechend Fig.2 aufgebauten Vorrichtung betrug die Höhe 16 der durchmagnetisierten permanentmagnetischen Platten 3,8 mm und die quer zur Längsrichtung des Gehäusekörpers 1 gemessene Tiefe 22 betrug 33 mm. Die in Längsrichtung des Gehäuses gemessene Breite der Platten betrug bei dieser Ausführungsform 7,7 mm. Erfindungsgemäß wird die Breite der einzelnen permanentmagnet!sehen Platten auf die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in den Strömungskanälen abgestimmt. Bei einer Strömungs-

• ···· a

geschwindigkeit der Flüssigkeit, insbesondere des Wassers von lmxs¹ wirkt in zweckmäßiger Weise eine magnetische Wechselfrequenz von 100 Hz auf die Ionen ein.

Fig.4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung mit drei Gruppen 26, 27, 28 mit jeweils acht Plattenreihen. Der Grundkörper 1 weist einen rechteckigen Querschnitt auf, wobei jede der genannten Gruppen 26, 27, 28 zwei Abstandshalter 8, 9 mit zusammen rechteckförmiger Außenkontur enthält. Es sind insgesamt einundzwanzig jeweils zueinander parallele Strömungskanäle vorhanden und ersichtlich ist dieses Ausführungsbeispiel für den Einsatz von großen Durchflußmengen geeignet. Durch Veränderung des äußeren Druck- oder Gehäusekörpers, der Abstandshalter oder Haltekörper sowie der Gitterkörper kann jede Größe der erfindungsgemäßen Vorrichtung konstruiert werden, ohne Veränderung der wirksamen Breite eines Strömungskanals und somit auch ohne Veränderung des optimalen Wirkungsgrades.

Fig.5 zeigt vergrößert den Ausschnitt F gemäß Fig.l und den zugehörenden Feldlinienverlauf bei anziehender Anordnung der pro Strömungskanal 2 einander gegenüberliegenden Platten 3. Die Platten 3 sind in Richtung ihrer Höhe 16 durchmagnetisiert und sind mit ihren schmalen Längsseiten 30 lose, magnetisch anziehend und flächengleich zu den wandbildenen Plattenreihen 4 unmittelbar aneinandergefügt, von welchen letzteren hier zwei dargestellt sind. In Strömungsnchtung 14 bzw. in Richtung der Gehäuselängsachse sind benachbarte Platten jeweils entgegengesetzt magnetisiert. Die den Strömungskanal 2 begrenzenden, einander gegenüberliegenden, permanentmagnetischen Platten 3 weisen entgegengesetzte Polaritäten auf, wie es durch "S" für einen magnetischen Südpol und "N" für einen magnetischen Nordpol angedeutet ist. In der Mitte der gegenüberliegenden Platten verlaufen die magnetischen Feldlinien 32,33 im wesentlichen orthogonal zur Längsrichtung, wobei für in Längsrichtung benachbarte Platten die Magnetisierungsrichtung jeweils umgekehrt ist. Im Bereich der Fügestellen 5 axial direkt benachbarter Platten 3 verlaufen die Feldlinien 34,35 bogenförmig. Aufgrund dieser Anordnung der permanentmagnetischen Platten 3 in dem jeweiligen Strömungskanal 2 ist genau an den Fügestellen 5 jeweils auf der einen Seite die bogenförmige Feldrichtung 34 entgegen der Strömungsrichtung während auf der anderen Seite die bogenförmige Feldlinienrichtung 35 in der Strömungsrichtung 14 verläuft. An den Fügestellen 5 zwischen zwei permanentmagnetischen Platten 3 ist der Einfluß der Lorentz-Kraft auf die im Wasser hydratisierten Ionen am größten. Dieser besondere magnetische Feldlinienverlauf ist gegeben, weil die breiten, parallel gegenüberstehenden Flächen der quaderförmigen, permanentmagnetischen Platten 3 innerhalb des jeweiligen Strömungskanals 2 einander anziehend angeordnet sind.

Die Platten 3 besitzen in Längsrichtung des Strömungskanals bzw. in Strömungsrichtung 14 die Breite 36. Die Breite 36 der Platten 3 wird in zweckmäßiger Weise gering gehalten. Die Plattenbreite 36 liegt zweckmäßig in der Größenordnung zwischen 10 mm und 5 mm, vorzugsweise im Bereich zwischen 9 mm und 6 mm. Als besonders zweckmäßig hat sich die Plattenbreite 36 zwischen 7 mm und 8 mm erwiesen, wobei in einer besonderen realisierten Ausführungsform eine Plattenbreite von 7,7 mm besonders günstige Werte ergeben hat. Infolge der erfindungsgemäß geringen Plattenbreite weist die Vorrichtung eine hohe Anzahl von Fügestellen 5 auf und eine Optimierung hinsichtlich des Bauvolumens der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Volumens und/oder des Gewichts des zum Einsatz gelangenden permanentmagnetischen Materials wird gewährleistet. Die Anzahl der Fügestellen 5 pro axialem Strömungskanal 2 wird im Rahmen der Erfindung mit wenigstens 15 vorgegeben. In besonders zweckmäßiger Weise enthält die Vorrichtung in Richtung des Strömungskanals wenigstens 20, vorzugsweise wenigstens 25 Fügestellen 5. In einer realisierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wurden mit 30 Fügestellen 5 hervorragende Ergebnisse erzielt. Es sei festgehalten, daß im Rahmen der Erfindung auch noch eine größere Anzahl, insbesondere bis zu 60 Fügestellen 5 vorgesehen werden kann, doch hat sich zur Optimierung von Größe, Volumen und Gewicht der Vorrichtung eine maximale Anzahl der Fügestellen pro Strömungskanal von 50, vorzugsweise von 40, als sinnvoll erwiesen.

Die den Strömungskanal 2 begrenzenden beiden Plattenreihen 4 sind in einem Abstand 38 zueinander angeordnet. Da die Aktivierungsenergie beim Zusammenprall der entgegengesetzt geladenen Ionen proportional der Strömungsgeschwindigkeit ist, und die magnetische Feldliniendichte vom Abstand 38 der gegenüberliegenden magnetischen Platten abhängig ist, ist der Abstand 38 zwischen den parallel angeordneten Plattenreihen 4 einerseits so gering eingestellt, daß eine düsenartige Beschleunigung der Flüssigkeit aufgrund dieser Querschnittsverengung erreicht wird und andererseits aber die erfindungsgemäße Vorrichtung hinsichtlich des Durchflusses noch im wirtschaftlichen Bereich arbeitet. Die Vorgabe des Abstandes 38 des Strömungskanals 2 zwischen den Plattenreihen 4 im Bereich zwischen 1 bis 4 mm hat sich als vorteilhaft erwiesen. Die Vorgabe des Abstandes 38 im Bereich zwischen 1,5 bis 3 mm ergibt besonders günstige Werte, wobei in einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Abstand 38 im wesentlichen 2 mm groß ist.

Da jeder Strömungskanal 2 vollkommen linear ausgerichtet ist, wird eine Abbremsung der Flüssigkeit und/oder ein unzulässig hoher Druckabfall vermieden. Unter Berücksichtigung des

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kleinen Abstandes 38, welcher auch als Breite des Strömungskanals bezeichnet werden kann, wird die Gesamt-Durchflußmenge durch die Länge der quaderförmigen permanentmagnetischen Platten 3 sowie die Anzahl der Plattenreihen 4 vorgegeben. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß die Fügestellen 5 benachbarter Plattenreihen 4 zweckmäßig im wesentlichen in der gleichen Radialebene bezogen auf die Längsachse angeordnet sind.

Fig. 6 zeigt eine alternative Anordnung der permanentmagnet! sehen Platten 3 von zwei benachbarten Plattenreihen ähnlich Fig.4, wobei jedoch die quer zur Längsrichtung gegenüberliegenden Platten 3 jeweils die gleiche magnetische Polarität aufweisen und eine abstoßende Anordnung somit vorhanden ist. Bei dieser abstoßenden Anordnung strömt die zu behandelnde Flüssigkeit durch im Vergleich mit einer Anordnung von Fig. 5 etwas geänderte wirksame magnetische Feldlinien, welche gleichfalls bogenförmig verlaufen. Im Bereich der Fügestellen 5 sind die magnetischen Feldlinien gleichgerichtet und sie verlaufen somit in der Mitte eines Strömungskanals 2 infolge der gegenseitigen Abstoßung parallel zur Strömungsrichrung der zu behandelnden Flüssigkeit, wodurch ein anderer Einfluß der Lorentz-Kraft bewirkt ist, der bewirkt, daß der Strömungsverlauf spiralförmig verläuft.

Die magnetfelderzeugenden quaderförmigen Elemente der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind bezüglich ihrer Breite 36 derart berechnet, daß die Ionen der durchströmenden Flüssigkeit einer Vielzahl wechselnder magnetischer Frequenzen an den genannten Fügestellen ausgesetzt sind. Jede Frequenz ist mit einer Vielzahl von kollidierenden gegenpolig geladenen Ionen verbunden, so daß die beschriebene Keimbildungsreaktion des Calciumcarbonats erfolgreich abgeschlossen werden kann. In der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind wenigstens zwei parallel angeordnete permanentmagnetische Plattenreihen 4 mit einer derart geringen Plattenbreite 36 angeordnet, daß bei einer Wassergeschwindigkeit von insbesondere Im &khgr; s¹ eine magnetische Wechselfrequenz von 100 Hz auf die Ionen einwirkt. Ferner wird in besonders zweckmäßiger Weise die zu behandelnde Flüssigkeit mindestens fünfundzwanzig derartigen Wechselfrequenzen ausgesetzt, um einen günstigen Wirkungsgrad zu erreichen. Schließlich sei hervorgehoben, daß der Anteil der 90° zur Strömungsrichtung der Flüssigkeit angeordneten magnetischen Feldlinien zweckmäßig kleiner als 50% ist.

Fig.7 zeigt eine Vorrichtung zum Nachweis und zur Überprüfung der Ionenbewegung in permanentmagnetischen Feldern. Es ist ein U-Rohr 40 vorhanden, in dessen obere Enden zwei Pt-Elektroden 42,43 eingesetzt sind, welche mit einem regelbaren Gleichspannungs-Netzgerät 44 verbunden sind. Mit dieser Vorrichtung kann die optimale permanentmagnetische Platte-

nanordnung ermittelt werden, wobei die Ablenkung strömender Ionen innerhalb magnetischer Felder optisch dargestellt wird. Das U-Rohr besteht aus durchsichtigem, vorzugsweise aus hitzebeständigem Material und ist mit einem Elektrolyten gefüllt, in welchem zum Studium des Strömungsverhaltens winzige, ungeladene Festkörperteilchen eingebracht sind. Die Elektroden 42,43 tauchen jeweils in den Elektrolyten ein, welcher eine Füllhöhe 46 aufweist.

Im Schenkel mit der positiven Elektrode 42 ist durch einen Pfeil 48 die Wanderungsrichtung von Kationen angedeutet, während im Schenkel mit der negativen Elektrode 43 durch einen Pfeil 49 die Wanderungsrichtung der Anionen angedeutet ist. Am horizontalen Teil des U-Rohres 40 sind zwei Magnetanordnungen 50, 51 mit jeweils einer oberen und einer unteren Plattenreihe mit jeweils drei quer zur Zeichenebene angeordneten Magnetplatten vorgesehen. Bei der Magnetanordnung 50 sind die gegenüberliegenden Magnetplatten jeweils entgegengesetzt magnetisiert, so daß der Feldlinienverlauf zwischen der oberen und der unteren Plattenreihe dem in Fig.5 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel entspricht. Hingegen sind bei der Ma^ gnetanordnung 51 die gegenüberliegenden Plattenreihen gleichsinnig magnetisiert, so daß der Feldlinienverlauf dem von Fig.6 entspricht.

Beim Anlegen einer Spannung an die beiden Pt-Elektroden 42, 43 bildet sich zwischen den Elektroden innerhalb der Flüssigkeit ein elektrisches Feld, dessen Feldstärke gleich dem Verhältnis zwischen angelegter Spannung und dem Elektrodenabstand ist. Unter dem Einfluß des elektrischen Feldes wandern die Ionen entsprechend ihrer Ladung zur Anode 42 oder zur Kathode 43. Die Geschwindigkeit der Ionenwanderung ist von der Feldstärke abhängig. Je größer die angelegte elektrische Spannung und je kleiner der Elektrodenabstand ist, um so größer ist die Anziehungskraft für die Ionen mit der Folge, daß sich die Ionen im elektrischen Feld schneller bewegen. Ohne die beiden Magnetanordnungen ist beim Zuschalten des elektrischen Stromes im waagrechten Teil des U-Rohres keine Flüssigkeitsbewegung erkennbar, obgleich die Ionen der Elektrolytflüssigkeit in Bewegung sind, wie sich aufgrund der Entladungsvorgänge bzw. Gasentwicklung an den beiden Elektroden 42, 43 ergibt.

Ist zusätzlich die Magnetanordnung 50, 51 vorgesehen und somit ein permanentmagnetisches Feld an dem waagrechten Teil des U-Rohres 40, so ist die Ablenkung der Ionen durch eine sehr schnelle kreisförmige Strömungsbewegung innerhalb des angelegten Magnetfeldes erkennbar. In der linken Magnetanordnung 50 ist gemäß den Linien 52 eine schnelle kreisförmige Strömung erkennbar, welche proportional der an den Elektroden 42 und 43 angelegten

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Spannung sowie dem Magnetplattenabstand ist. In der rechten Magnetanordnung 51 ist hingegen den schräg stehenden Linien eine 53 eine spiralförmige Strömung festzustellen. Es wurde erkannt, daß das Aufeinandertreffen magnetischer Feldlinien und Ionen in einem Winkel von 90° nur eine geringe Ablenkung bewirkt. Die Wirksamkeit der einzelnen Magnetfeldkombinationen, der einzelnen Magnetfeldabstände und die verschiedenen Magnetfeldabschirmungen der Ionen können somit bei unterschiedlichen Ionengeschwindigkeiten überprüft werden. Es wurde erkannt, daß die größtmögliche Ablenkungsbewegung an den Schnittstellen von zwei schmalseitig und gegenpolig zusammengefügten Magnetplatten entsprechend der Magnetanordnung 50 bei geringstem noch wirtschaftlich vertretbarem Abstand zwischen parallel zueinander angeordneten permanentmagnetischen Platten gegeben ist. Desweiteren wurde erkannt, daß die Ablenkungsgeschwindigkeit proportional zur Ionenwanderungsgeschwindigkeit ist, wodurch die Grundlagen der erfindungsgemäßen Vorrichtung geschaffen sind.

Wie eingangs bereits erläutert, wird erfindungsgemäß eine Wirksamkeitsprüfung der Vorrichtung zur magnetischen Beeinflussung kristallbildender Reaktanden in wässrigen Lösungen nur über die pH-Messung ermöglicht. Einerseits wird unter kontinuierlichem Magnetfeldeinfluß der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder einer anderen Vorrichtung zur magnetischen Beeinflussung knstallbildender Reaktanden der pH-Wert der behandelnden Flüssigkeit bzw. des Wassers während der gesamten Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichtsverschiebung unter besonderen konstruktionsbedingten Bedingungen nach der alkalischen Seite gemessen. Vergleichend hierzu wird ferner der pH-Wert unter gleichen chemischen Bedingungen bei einem baugleichen Dummy gemessen. Das Prüfwasser wird bei diesem erfindungsgemäßen Prüfverfahren im Kreislaufbetrieb, insbesondere mittels einer Umwälzpumpe, über die zu prüfende Vorrichtung und über den Dummy gefahren, wobei kontinuierlich der pH-Wert gemessen und registriert wird.

Fig.8 zeigt einen möglichen pH-Wert-Verlauf eines solchen Prüfwassers bei einer kontinuierlichen Gleichgewichtsverschiebung nach der kristallbildenden Seite, wobei am Kristallisationspunkt ein Abfall in den "sauren" Bereich gegeben ist. Bei Temperaturänderungen und Anwesenheit von Kristallisationskeimen verändert er sich entsprechend. Die Durchführung dieser Messung mit den entsprechenden Präzisionsmeßanordnungen ist sehr empfindlich und gibt einen genauen Aufschluß über das Verhalten des Kalk-Kohlensäure-Gleichgewichtes in einer wässrigen Lösung, bei veränderlichen äußeren Bedingungen.

Bezugszeichen

1	Gehäusekörper
2	Strömungskanal
3	permanentmagnetische Platte
4	Plattenreihe
5	Fügestelle
6	Gitterkörper
7	Distanzkörper
8,9	Abstandshalter/Haltekörper
10,11	Deckel
12,13	Anschlußöffhung
14	Pfeil/Strömungsrichtung
16	Höhe von 3
18,19	Ausnehmung in 8,9
20	Steg
22	Tiefe von 3
26-28	Gruppe
30	Längsseite von 3
32-35	Feldlinie
36	Breite von 3
38	Abstand zwischen 4
40	U-Rohr
42,43	Elektrode
44	Netzgerät
46	Füllhöhe
48	Richtung der Kationen
49	Richtung der Anionen
50,51	Magnetanordnung
52,53	Linie, Strömungsbewegung
54	Kristallisationspunkt

Claims

Schutzansprüche

1. Vorrichtung zur magnetischen Beeinflussung kristallbildender Reaktanden in wässrigen Lösungen mit einem von Flüssigkeit durchströmbaren, beidseitig mit Anschlußöffnungen (12,13) versehenen, druckfesten Gehäusekörper (1), in welchem sich vorzugsweise parallel zur Gehäuslängsachse (A-B) wenigstens ein, vorzugsweise wenigstens zwei parallel zueinander angeordnete, engschlitzige und vorzugsweise im wesentlichen lineare Strömungskanäle (2) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet,

daß der Strömungskanal zwischen zwei parallel angeordneten und mittels eines Abstandhalters (8,9) beabstandeten Plattenreihen (4) angeordnet ist,

daß die Plattenreihen (4) eine Anzahl quaderförmiger durch ihre Höhe (16) magnetisierte permanentmagnetische Platten (3) enthalten, welche quer zur Strömungsrichtung (14) magnetisiert sind,

und daß in den Plattenreihen (4) die einzelnen permanentmagnetischen Platten (3) mit ihren schmalen Längsseiten (30) flächengleich, magnetisch anziehend und lose aneinandergefügt sind, wobei jeweils zwischen benachbarten Platten (3) in den Plattenreihen (4) eine Anzahl von Fügestellen (5) vorhanden sind, welche im wesentlichen orthogonal zur Gehäuselängsachse (A-B) angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die axial beabstandeten Fügestellen (5) der Plattenreihen (4) jeweils im wesentlichen in den gleichen Radialebenen orthogonal zur Gehäuselängsachse (A-B) und/oder der Strömungsrichtung (14) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die in Richtung der Gehäuselängsachse (A-B) gemessene Breite (36) der einzelnen Platten (3), insbesondere unter Berücksichtigung der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit, möglichst gering vorgegeben ist.

4. Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die wenigstens zwei Plattenreihen (4) im wesentlichen übereinstimmend ausgebildet sind und/oder daß die permanentmagnetischen Platten (3) die gleichen übereinstimmenden Abmessungen aufweisen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung nach den Plattenreihen (4) vor der stromabseitigen Anschlußöffhung (13) wenigstens ein Gitterkörper (6) zur Förderung der Kristallisation vorgesehen ist, wobei im Falle von wenigstens zwei Gitterkörpern (6) diese mittels eines Distanzkörpers voneinander getrennt sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Gesamtquerschnitt der zwischen den Plattenreihen (4) vorhandenen Strömungskanäle (2) um einen vorgegebenen Betrag gegenüber dem an den Anschlußöffnungen (12,13) anschließbaren Rohrleitungssystem verengt ausgebildet ist, wobei der Verengungsgrad vorzugsweise zwischen 10 und 30%, insbesondere zwischen 15 und 25% liegt und zweckmäßig im wesentlichen 20% beträgt.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Abstandshalter (8,9) Ausnehmungen (18) für die Aufnahme der einzelnen Platten (3) der jeweiligen Plattenreihe (4) aufweisen und zwischen den Ausnehmungen (18) Stege (20) zur Vorgabe der Strömungskanäle (2) vorgesehen sind, wobei die Ausnehmungen (18) und/oder die Stege (20) sich im wesentlichen über die gesamte axiale Länge des Abstandshalters (8,9) erstrecken.

8. Vorrichtung, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (3) derart angeordnet sind, daß auf die Ionen der Flüssigkeit infolge der gegenläufigen Ablenkung in den einwirkenden magnetischen Feldlinien und der vorgegebenen Wechselfrequenzen der Magnetfelder die Strömungsenergie optimal und/oder möglichst weitgehend in eine Aktivierungsenergie zur Bildung von Calciumcarbonat - Kristallisations-Keimen umgesetzt wird.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit in dem Strömungskanal in der Größenordnung von lm/sec die Wechselfrequenz bei 100 Hz liegt, wobei Abweichungen von +/-30% zulässig sind.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (3) in Strömungsrichtung eine Breite (36) im Bereich zwischen 10 mm und 5 mm, Vorzugs-

weise zwischen 9 mm und 6 mm, insbesondere zwischen 8 mm und 7 mrn aufweisen, wobei die Plattenbreite (36) insbesondere mit 7,7 mm vorgegeben ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß pro Strömungskanal (2) die Anzahl der Fügestellen (5) wenigstens 15, vorzugsweise wenigstens 20 und insbesondere 25 beträgt, wobei in besonders zweckmäßiger Weise 30 Fügestellen pro Strömungskanal vorgesehen sind und/oder für die Fügestellen (5) eine maximale Anzahl von 60, vorzugsweise maximal 50 und insbesondere maximal 40 vorgegeben ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand (38) zwischen den Plattenreihen (4), welche einen Strömungskanal (2) begrenzen, im Bereich zwischen 1 bis 4 mm, vorzugsweise im Bereich zwischen 1,5 bis 3 mm vorgegeben ist und insbesondere im wesentlichen 2 mm beträgt.