DE3039171A1 - Abscheidevorrichtung der hochgradienten-magnettrenntechnik - Google Patents
Abscheidevorrichtung der hochgradienten-magnettrenntechnikInfo
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Description
OUOOl/ I
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT X Unser Zeichen Berlin und München VPA 80 P 7 5 7 7 DE
Abscheidevorrichtung der Hochgradienten-Magnettrenntechnik
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abscheiden von magnetisierbaren Teilchen bis zu
Teilchengrößen unter 1 /um nach dem Prinzip der Hochgradienten-Magnettrenntechnik aus einem strömenden
Medium mit einer in einem Filterraum angeordneten Filterstruktur, die zwischen den zwei magnetische Pole
bildenden Teilen eines ferromagnetisehen Joches einer
Magneteinrichtung in einem im wesentlichen parallel oder antiparallel zur Flußrichtung des Mediums im
Bereich der Filterstruktur gerichteten Magnetfeld angeordnet ist und die mehrere zumindest annähernd
senkrecht zur Flußrichtung des Mediums und in Flußrichtung gesehen eng hintereinander angeordnete Drahtnetze
aus nicht-korrodierendem, ferromagnetischem
Material mit vorbestimmter Maschenweite und Stärke ihrer Drähte enthält. Eine solche magnetische Abscheidevorrichtung
ist aus der DE-OS 26 28 095 bekannt.
Bei magnetischen Abscheideverfahren wird die Tatsache ausgenutzt, daß in einer geeigneten Magnetfeldanordnung
ein magnetisierbares Teilchen eine Kraft erfährt, die
es gegen andere an ihm angreifende Kräfte wie beispielsweise die Schwerkraft oder in einem flüssigen Medium
gegen hydrodynamische Reibungskräfte bewegt bzw. festhält. Solche Abscheideverfahren sind beispielsweise
für Dampf- oder Kühlwasserkreisläufe in konventionellen wie auch in nuklearen Kraftwerken vorgesehen. In dem
SIm 2 Hag / 6. 10. 1980
ORIGINAL INSPECTED
0^ S71
VPA SO P 7 5 7 7 DF.
flüssigen oder gasförmigen Medium dieser Kreisläufe sind Teilchen suspendiert, die im allgemeinen durch
Korrosion entstanden sind. Diese Teilchen sind teils ferromagnetisch wie beispielsweise Magnetit (Fe,O^),
teils antiferromagnetisch wie beispielsweise Hämatit (O^-Fe2O,) oder paramagnetisch wie z.B. Kupferoxid
(CuO). Die Magnetisierbarkeit dieser Teilchen, die darüber hinaus in verschiedener Größe auftreten, ist
folglich verschieden stark.
Kleinste ferromagnetische Teilchen mit Teilchendurchmessern in der Größenordnung von 1 /um oder auch schwach
magnetische, d.h. antiferro- oder paramagnetische Teilchen können mit einem größeren Abscheidegrad auf
magnetische V/eise praktisch nur mit Abscheidevorrichtungen der sogenannten Hochgradienten-Magnettrenntechnik
(HGM-Technik) aus einem strömenden Medium herausgefiltert werden (vgl. z.B. "Journal of
Magnetism and Magnetic Materials", Vol. 13, 1979, Seiten 1 bis 10).
Eine entsprechende HGM-Abscheidevorrichtung ist auch
der DE-OS 26 28 095 zu entnehmen. Sie enthält einen zentralen Filterraum mit einer Filterstruktur aus
einer Vielzahl von in Strömungsrichtung gesehen eng hintereinander zu einem Stapel angeordneten Drahtnetzen,
die senkrecht zur Flußrichtung des Mediums in einem verhältnismäßig starken Magnetfeld angeordnet
sind. Dieses Magnetfeld ist parallel oder antiparallel zur Flußrichtung des Mediums im Bereich der Filterstruktur
gerichtet und ruft dort beispielsweise eine magnetische Induktion in der Größenordnung von 1 Tesla
hervor. Die Stärke der aus ferromagnetischem Material bestehenden Drähte der Netze ist dabei sehr klein und
liegt beispielsweise unter 0,1 mm. Die an ihnsn er-
ORiGINAL INSPECTED
VPA 80 P 7 5 7 7 DE
zeugten Magnetfeldgradienten sind dann folglich sehr
hoch, so daß mit der Abscheidevorrichtung auch schwach magnetisierbare Teilchen herausgefiltert werden können.
Der zentrale Filterraum der bekannten Abscheidevorrichtung, in dem sich die Filterstruktur aus den
Drahtnetzen befindet, ist zwischen den Enden zweier Polschuhe angeordnet, die Teile eines Jochkörpers
aus ferromagnetischem Material sind, der zur Führung des von einer Magnetspule hervorgerufenen magnetischen
Feldes dient. Das zu filternde Medium wird dabei entweder über Bohrungen in diesen Polschuhen selbst oder
durch einen zwischen den Polschuhen verbleibenden Spalt über ringförmige Kammern in den Filterraum
ein- bzw. aus diesem wieder herausgeleitet. Im Falle einer axialen Zu- und Ableitung des Mediums ergeben
sich jedoch verhältnismäßig große Durchflußgeschwindigkeiten in den durchbohrten Polschuhen und inhomogene
Abscheidungen am Filtereingang über den Filterquerschnitt. Auch bei radialer Ein- und Ausströmung des
Mediums bilden sich Turbulenzen über den Filterquerschnitt aus, die zu einer ungleichmäßigen Abscheidung
in der Filterstruktur führen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, die eingangs genannte magnetische Abscheidevorrichtung
dahingehend zu verbessern, daß insbesondere die Einströmung des die abzuscheidenden Teilchen enthaltenden
Mediums in die Filterstruktur vergleichmäßigt ist und dabei zugleich eine Verringerung
der magnetischen Induktion in der FiIterstruktur vermieden
wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen
des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst.
^ 7<
-f. VPA 80 P 7 5 7 7 DE
Die mit diesen Maßnähmen erreichten Vorteile der Abscheidevorrichtung
bestehen insbesondere darin, daß das zu filternde Medium verhältnismäßig gleichmäßig
über den Querschnitt der Filterstruktur verteilt in die Struktur mit nicht zu hoher Geschwindigkeit eintritt,
da beim Filtereinlauf nur verhältnismäßig kurze Wege zwischen den einzelnen magnetfeldführenden
Elementen gegeben sind. Außerdem wird vorteilhaft durch diese Elemente das magnetische
Feld unmittelbar an die Filterstruktur angekoppelt, ohne daß verhältnismäßig lange Bohrungen, die nur
mit entsprechend hohem Kostenaufwand zu erstellen sind, durch Polschuhe erforderlich sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der magnetischen Abscheidevorrichtung
nach der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung und deren in den Unteransprüchen gekennzeichneten Weiterbildungen
wird auf die Zeichnung verwiesen, in deren Fig. 1 eine Abscheidevorrichtung nach der Erfindung veranschaulicht
ist. Die Fig. 2 und 3 zeigen Gestaltungsformen von magnetfeldführenden Elementen dieser Vorrichtung,
während in den Fig. 4 und 5 eine weitere Abscheidevorrichtung nach der Erfindung dargestellt
ist.
In Fig. 1 ist eine magnetische Abscheidevorrichtung der Hochgradienten-Magnettrenntechnik schematisch als
Längsschnitt angedeutet. Mit dieser Vorrichtung sollen kleinste ferromagnetische Teilchen mit Teilchengrößen
bis unter 1 /um oder auch schwach magnetische, beispielsweise paramagnetische oder antiferromagnetische
Teilchen mit einem verhältnismäßig hohen Abscheidegrad
Z
-^- VPA 80 P7 5 7 7 QE
aus einem flüssigen Medium herausgefiltert werden. In der Figur nicht näher ausgeführte Bauteile dieser
Abscheidevorrichtung können beispielsweise entsprechende Bauteile der aus der DE-OS 26 28 095 bekannten
Vorrichtung sein.
Die allgemein mit 2 bezeichnete Abscheidevorrichtung enthält einen bezüglich einer Achse 3 rotationssymmetrischen Jochkorper aus magnetischem Eisen, der
aus einem rohrförmigen Jochzylinder 4 und zwei stirnseitigen, kreisscheibenförmigen Jochplatten 5 und 6
zusammengesetzt ist. Der Jochzylinder umschließt eine hohlzylindrische Magnetspule 7, beispielsweise einen
Kupfer-Solenoid, die gegebenenfalls forciert gekühlt werden kann. Der Jochkorper 4 bis 6 und die Magnetspule
7 bilden somit die Magneteinrichtung der Abscheidevorrichtung 2. Die sich in dem von dem Jochkörper
eingeschlossenen Innenraum befindende Magnetspule 7 ist in Axialrichtung nur so weit ausgedehnt,
daß zwischen ihren Stirnseiten und den jeweiligen Jochplatten 5 bzw. 6 ein zylindrischer Zwischenraum
9 bzw. 10 mit geringer axialer Ausdehnung ausgebildet ist. Mit der Magnetspule 7 wird ein Magnetfeld erzeugt,
das in einem von ihr begrenzten zentralen, zylindrischen Filterraum 12 zumindest annähernd parallel zur Achse
3 zwischen den Jochplatten 5 und 6 verläuft und dessen magnetische Induktion in dem Filterraum durch mit B
bezeichnete Pfeile veranschaulicht ist. In dem Filterraum 12 ist eine in der Figur nicht näher ausgeführte
Filterstruktur 13 angeordnet. Bei dieser Filterstruktur handelt es sich insbesondere um einen Stapel aus einer
Vielzahl von Netzen, sogenannten Netz-Ronden, die aus feinsten Drähten bestehen und eine vorbestimmte
Maschenweite haben. Ein entsprechender Stapel enthält beispielsweise 150 feine Netze mit einer Drahtstärke
INSPECTED
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Q 1. O Q 1 7
-Χ- VPA 80 P 7 5 7 7 DE
von Ο,θ67 mm und einer Maschenweite von 0,14 mm. Dabei
können die den kreisscheibenförmigen Jochplatten 5 und 6 zugewandten Netze dieses Stapels gröber sein und beispielsweise
eine Drahtstärke von 0,3 mm und eine Maschenweite von 0,5 mm haben. Die Netze bestehen aus nichtkorrodierendem,
ferromagnetischem Material, beispielsweise aus Edelstahl, und sind senkrecht zu dem im Bereich
der Filterstruktur parallel zur Achse 3 gerichteten Magnetfeld angeordnet.
Zur Zuführung des die abzuscheidenden Teilchen enthaltenden, mit M bezeichneten Mediums in die Filterstruktur
13 dient der zwischen der Jochplatte 5 und der Magnetspule 7 bzw. dem Filterraum 12 ausgebildete Raum 9
als Verteilungskammer, die mit einem seitlichen Einlauf 15 für das Medium M versehen ist. Wie in der
Figur durch gepfeilte Linien angedeutet ist, tritt von dort aus das Medium von unten her in die Filterstruktur
13 an deren Stirnseite durch die mit 16 bezeichnete Stirnfläche ein. In entsprechender Weise
dient der obere Raum 10 zwischen der Magnetspule und der Jochplatte 6 als Sammelkanal, der mit einem seitlichen
Auslaß 18 für das gefilterte, mit M1 bezeichnete Medium versehen ist.
Um einen annähernd gleichmäßigen Eintritt des zu filternden Mediums M in die Filterstruktur 13 zu gewährleisten
und insbesondere Turbulenzen zu vermeiden, sind zwischen der Jochplatte 5 und der Filterstruktur
einzelne säulenartige Elemente 20 wie z.B. Bolzen aus ferromagnetischem Material vorgesehen. Diese Elemente
sind beispielsweise an der Jochplatte 5 befestigt und erstrecken sich in axialer Richtung bis unmittelbar
zu dem ersten Netz der Filterstruktur 13. Das Magnetfeld wird auf diese Weise vorteilhaft an die
VPA 80 P 7 5 7 7 DE
Filterstruktur ohne Unterbrechung angekoppelt. Zumindest
die gesamte Querschnittsfläche der magnetfeldführenden Elemente 20 deckt dabei etwa 1/4 bis
1/2 der Eintrittsfläche 16 der Filterstruktur ab, wobei eine nicht zu hohe Eintrittsgeschwindigkeit
des Mediums M in die Filterstruktur gewährleistet ist. Da ferner die Elemente zumindest annähernd
gleichmäßig über die Eintrittsfläche 16 verteilt
angeordnet sind, wird eine entsprechende, weitgehend gleichmäßige Strömung mit geringen Turbulenzen am Einlauf erreicht. Einem Verstopfen der Filterstruktur
an der Einlaufseite wird somit vorgebeugt.
Wie Fig. 1 ferner zu entnehmen ist, kann auch die Auslaßseite
der Abscheidevorrichtung 2 entsprechend der Einlaufseite mit magnetfeldführenden Elementen 21
zwischen der Jochplatte 6 und der Filterstruktur 13 versehen sein. Durch eine entsprechende Anzahl und
Anordnung dieser Elemente läßt sich auch an der Auslaßseite Turbulenzen vorbeugen.
Wie in Fig. 1 ferner angedeutet ist, können zumindest auf der Einlaßseite in der Verteilungskammer 9 noch
auf der dem Zulauf 15 zugewandten Seite die Strömungs-Verhältnisse beeinflussende Leitkörper 19 vorgesehen
werden. So dient beispielsweise ein Leitblech dazu, das zufließende Medium M zumindest an der dem Zulauf
15 zugewandten Seite zunächst erst auf einen größeren Abstand von der Eintrittsfläche 16 der Filterstruktur
zu zwingen. Hiermit kann verhindert werden, daß an dem Zulauf näheren Stellen der Eintrittsfläche 16 das Medium
vergleichsweise viel stärker in die Filterstruktur einströmt als an dem Zulauf ferner liegenden Stellen
der Eintrittsfläche. Statt Leitblechen können gegebenenfalls auch netzartige Strukturen vorgesehen werden, die
WSPECTED
301 ?:71
VPA 80P75 77DE
darüber hinaus auch zu einem die Elemente 20 in vorbestimmten!
Abstand umschließenden rohrförmigen Körper ausgebildet sein können.
Neben der in Fig. 1 dargestellten Ausrichtung und Gestaltungsform der magnetfeldführenden Elemente
20 und 21 sind auch andere, sich zwischen der Jochplatte 5 bzw. 6 und der Filterstruktur 13 erstreckende
Elemente zur Verhinderung von Turbulenzen an der Eintrittsflache
16 bzw. der entsprechenden Austrittsfläche der Struktur geeignet. Zwei Ausführungsformen solcher
Elemente gehen aus den Fig. 2 und 3 hervor, wobei in diesen Figuren mit Fig. 1 übereinstimmende Teile mit
den entsprechenden Bezugszeichen versehen sind.
So lassen sich gemäß dem schematischen Längsschnitt nach Fig. 2 auch Elemente vorsehen, die schräg bezüglich
der Achse 3 und einem zentralen Element 20 ausgerichtet sind. Dabei können die bezüglich dieser
Achse weiter entfernt angeordneten Elemente 23 stärker geneigt sein als die näherliegenden Elemente 22. Hierdurch
kann eine weitere Vergleichmäßigung der in die FiIterstruktur eintretenden Strömung des Mediums M
bewirkt werden.
Wie darüber hinaus dem schematischen Längsschnittnach Fig. 3 zu entnehmen ist, können zumindest die
zwischen der Jochplatte 5 und der Eintritt-sfläche 16 der Filterstruktur 13 verlaufenden magnetfeldführenden
Elemente 24 nicht nur eine zylindrische. Form haben, sondern beispielsweise auch kegelstumpfförmig
ausgebildet sein.
Gemäß den Ausführungsbeispielen der Abscheidevorrichtung nach den Fig. 1 bis 3 wurde davon ausgegangen,
'RIQlNAL INSPECTED
J U ... J [ / ί
/U.
-^r- VPA 80 P 7 5 7 7 DE
daß die magnetfeldführenden, die Strömung vereinheitlichenden Elemente 20 bis 24 direkt an den Jochplatten 5 "bzw. 6 befestigt sind. Für eine leichtere
Montierbarkeit der Vorrichtung kann es gegebenenfalls zweckmäßig sein, daß diese Elemente von einer besonderen
Halteplatte aus ferromagnetischem Material zusammengehalten sind, wobei diese besondere Platte
dann mit der jeweiligen Jochplatte starr verbunden wird.
In den Fig.4 und 5 ist eine weitere HGM-Abscheidevorrichtung
nach der Erfindung als Längsschnitt bzw. als Querschnitt schematisch veranschaulicht. Mit
Fig. 1 übereinstimmende Teile haben dabei die entsprechenden Bezugszeichen. Diese allgemein mit 26
bezeichnete Vorrichtung unterscheidet sich von der Vorrichtung 2 gemäß Fig. 1 im wesentlichen dadurch,
daß eine axiale Zuleitung des zu filternden Mediums M und eine entsprechende Ableitung des gefilterten
Mediums M' vorgesehen sind. Hierzu enthält eine auf der Einlaßseite liegende, scheibenförmige Jochplatte
28 eines Jochkörpers aus ferromagnetischem Material eine zentrale Bohrung 29, deren Durchmesser dem
Durchmesser des von einer hohlzylinderförmigen Magnetspule 7 eingeschlossenen Filterraumes 12 mit
einer Filterstruktur 13 angepaßt ist. In der-Bohrung
29 sind einzelne magnetfeldführende Elemente 30 aus
ferromagnetischem Material angeordnet, die seitlich mit der Jochplatte 28 verbunden sind. Als Elemente
können vorteilhaft untereinander parallele Eisenbleche vorgesehen sein, die sich in Strömungsrichtung
gesehen bis unmittelbar an die FiIterstruktur 13 hin
erstrecken. Auch mit derartigen Blechen lassen sich, insbesondere bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten,
Turbulenzen in dem in die Filterstruktur 13 eintre-
VPA 80 P 7 5 7 7 OE
tenden Medium M und somit eine inhomogene Abscheidung am Filtereingang zumindest weitgehend unterbinden. In
entsprechender Weise können auch auf der Auslaßseite Bleche 31 in einer zentralen Bohrung 32 einer Jochplatte
33 vorgesehen sein.
Statt der in den Fig. 4.und 5 angedeuteten Eisenbleche
als magnetfeldführende Elemente 30 und 31 können auch in die Bohrungen 29 bzw. 32 eingepaßte Lochplatten
aus ferromagnetischem Material verwendet werden, auf deren der Filterstruktur 13 zugewandten Seiten jeweils
Bolzen gemäß den Fig.1 bis 3 befestigt sind.
Außerdem können die Bolzen 20 bis 24 und die Bleche 30 und 31» insbesondere bei größerem Querschnitt
jedes dieser Elemente jeweils auf ihrer der Filterstruktur zugewandten Stirnseite noch mit Verteilungskanälen versehen sein. Als Verteilungskanäle können
beispielsweise parallel zu der entsprechenden Einlaß- oder Auslaßfläche der Filterstruktur verlaufende
Schlitze dienen, um die Verteilung des in die Filterstruktur eintretenden bzw. des aus der Struktur austretenden
Mediums noch weiter zu fördern.
10 Patentansprüche
5 Figuren
5 Figuren
Claims (10)
1.) Vorrichtung zum Abscheiden von magnetisierbaren
teilchen bis zu Teilchengrößen unter 1 /um nach dem
Prinzip der Hochgradisnten-Magnettrenntechnik aus einem strömenden Medium mit einer in einem Filterraum
angeordneten FiIterstruktur, die zwischen den
zwei magnetische Pole bildenden Teilen eines ferromagnetischen Joches einer Magneteinrichtung in
einem im wesentlichen parallel oder antiparallel zur Flußrichtung des Mediums im Bereich der Filterstruktur
gerichteten Magnetfeld angeordnet ist und die mehrere zumindest annähernd senkrecht zur Flußrichtung
des Mediums und in Flußrichtung gesehen eng hintereinander angeordnete Drahtnetze aus nichtkorrondierendem,
.ferromagnetischem Material mit vor-"bestimmter Maschenweite und Stärke ihrer Drähte enthält,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest an der Einlaßseite des zu filternden
Mediums (M) magnetfeldführende Elemente (20, 22 bis 24; 30) aus ferromagnetischem Material mit dem entsprechenden
Jochteil (5; 28) verbunden sind, die sich bis zu der Filterstruktur (13) erstrecken, die zumindest
annähernd gleichmäßig verteilt über die Eintritt sfläche (16)" "der Filter struktur (13) angeordnet
sind und deren gesamte Querschnittsfläche etwa zwischen 1/4 und 1/2 der Eintrittsfläche (16) einnimmt.
2. Abscheidevorrichtung nach Anspruch 1, d a d u r c '. gekennzeichnet, daß an der Auslaßseite
des gefilterten Mediums (M1) magnetfeldführende Element'
(21 bis 24; 31) entsprechend der Einlaßseite vorgesehen sind.
ORIGINAL !MSPECTED
O U O J 1 1 I
-1^ I VPA 80 P 75 77 DE
3. Abscheidevorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
magnetfeldführenden Elemente (20 bis 24; 30, 31) Bolzen oder Bleche sind.
4. Abscheidevorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet
durch zylinderförmig gestaltete magnetfeldführende Elemente (20; 21).
5. Abscheidevorrichtung nach Anspruch 3, d a du r c h gekennzeichnet , daß die magnetfeldführenden
Elemente (24) kegelstumpfförmig ausgebildet sind und mit ihrer größeren Grundfläche mit dem ferromagnetischen
Jochteil (5, 6) verbunden sind.
6. Abscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
magnetfeldführenden Elemente (22, 23) schräg bezüglich der Magnetfeldachse (3) angeordnet sind.
7. Abscheidevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Neigung der
magnetfeldführenden Elemente (22, 23) gegenüber der Magnetfeldachse (3) mit zunehmendem Abstand der Elemente
von dieser Achse zunimmt (Fig. 2).
8. Abscheidevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die magnetfeldführenden Elemente (20 bis 24; 30,
31) an ihren der Filterstruktur (13) zugewandten Stirnseiten
mit quer zur Strömungsrichtung des Mediums (M, M1) verlaufenden Schlitzen versehen sind.
9. Abscheidevorrichtung mit einem axialen Ein- und Auslaß für das Medium, nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
ORIGINAL INSPECTED
-λ/-3 VPA 80 P 7 5 7 7 DE
dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfeldführenden Elemente (20 bis 24, 30, 31)
jeweils an ihrer der Filterstruktur (13) abgewandten Seite mittels einer Platte aus ferromagnetischem
Material zusammengehalten sind, die Teil des Jochkörpers der Magneteinrichtung ist und die zusätzlich
noch mit Löchern zum Durchführen des Mediums (M, M1) versehen ist.
10. Abscheidevorrichtung mit einem radialen Ein- und Auslaß für das Medium, nach einem der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfeldführenden Elemente (20 bis 24, 30, 31) jeweils an ihrer der Filterstruktur (13)
abgewandten Seite mittels einer Platte aus ferromagnetischem Material zusammengehalten sind, die an
dem Jochkörper der Magneteinrichtung befestigt ist.
!WSPECTED
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