DE3039171C2

DE3039171C2 - Vorrichtung zum Abscheiden von magnetisierbaren Teilchen nach dem Prinzip der Hochgradienten-Magnettrenntechnik

Info

Publication number: DE3039171C2
Application number: DE3039171A
Authority: DE
Inventors: Karl 8521 Marloffstein Schuster
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1980-10-16
Filing date: 1980-10-16
Publication date: 1985-11-28
Also published as: DE3039171A1; CA1187007A; SU1069608A3; EP0050281A1; EP0050281B1; JPS6123005B2; US4432873A; JPS5794317A

Description

a) sich in axialer Richtung von einer Platte (5; 28) aus ferromagnetischem Material bis unmittelbar zu der Filterstruktur (13) erstrecken und an der Platte (5; 28) befestigt sind, wobei die Platte (5; 28) zu dem Joch (4 bis, 6; 4, 28, 33) der Magneteinrichtung (7; 13) gehört,

b) zumindest annähernd gleichmäßig verteilt über die Eintrittsfläche (16) der Filterstruktur (13) angeordnet sind und

c) eine gesamte QuerschnittsHäche aufweisen, die etwa zwischen V₄ und V₂ der Eintrittsfläche (16) einnimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die rnagnetfeldführenden, säulenartigen Elemente (21 bis 24; 31) an der Einlaßseite (M) und an der Auslaßseite (M') des gefilterten Mediums vorgesehen sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfeldführenden Elemente (20,21) zylinderförmig gestaltet sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfeldführenden Elemente (24) kegelstumpfförmig ausgebildet sind und mit ihrer größeren Grundfläche mit der zugeordneten Platte (5,6) aus ferromagnetischem Material verbunden sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfeldführenden Elemente (22,23) snhräg bezüglich der Magnetfeldachse (3) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der magnetfeldführenden Elemente (22, 23) gegenüber der Magnetfeldachse (3) mit zunehmendem Abstand der Elemente von dieser Achse zunimmt (F i g. 2).

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 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, M') verlaufenden Schlitzen versehen sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Abscheiden von magnetisierbaren Teilchen nach dem Prinzip der Hochgradienten-Magnettrenntechnik bis zu Teilchengrößen unter 1 μπι aus einem strömenden Medium mit einem axialen oder radialen Ein- und Auslaß für das Medium und mit einer in einem Filterraum angeordneten Filterstruktur, 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 nicht-korridierendem, 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 flüssigen oder gasförmigen Medium dieser Kreisläufe sind Teilchen suspendiert, die im allgemeinen durch Korrosion entstanden sind. Diese Teilchen sind teils ferromagnetisch wie beispielsweise Magnetit (Fe₃O₄), teils antiferromagnetisch wie beispielsweise Hämatit (χ-Ψ^Οι) 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 μιη oder auch schwach magnetische, d. h. antiferro- oder paramagnetische Teilchen können mit einem größeren Abscheidegrad auf magnetische Weise praktisch nur mit Abscheidevorrichtungen der sogenannten Hochgradienten-Magnettrenntechnik (HGM-Technik) aus einem strömenden Medium herausgefiltert werden (vgl. z. B. »Journal of Magnetism und Magnetic Materials«, Vol. 13,1979, Seiten Ibis 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 ihnen erzeugten Magnetfeldgradienten sind dann folglich sehr hoch, so

daß mit der Abscheidevorrichtung auch schwach magnetisierbar e Teilchen herausgefiltert werden können.

Der zentrale Filterraum der bekannten Abscheidevorrichtung, in dem sich die Filterst-uktur 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 üb?r 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 Abschei- ;dung in der Filterstruktur führen.

Ferner ist der JP 55-1 51 813 A eine Abscheidevorrichtung zu entnehmen, die ebenfalls eine durch ein ferromagnetisches Drahtnetz gebildete Filterstruktur aufweist. Diese Filterstruktur befindet sich dabei in einem von einem hohlzylindrischen Permanentmagneten umgebenen Innenraum. In diesem Innenraum verläuft das für eine HGM-Technik zu schwache Magnetfeld in Richtung der Zylinderachse. Da bei dieser Vorrichtung jedoch das zu filternde Medium senkrecht zur Zylinderachse durch die Filterstruktur hindurchgeleitet wird, ist folglich das Magnetfeld quer zur Flußrichtung des Mediums gerichtet. Außerdem ist bei der bekannten Vorrichtung zwischen dem Einlauf und der Filterstruktur ein Vorraum ausgebildet, in dem eine Vielzahl von Leitblechen angeordnet sind. Diese Leitbleche sind dabei so geformt, daß eine gute Durchwirbelung des Mediums erreicht wird. Eine derartige Durchwirbelung ist jedoch für eine gleichmäßige Abscheidung wenig förderlich.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die eingangs genannte magnetische Abscheidevorrichtung der Hochgradienten-Magnettrenntechnik 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 Filterstruktur vermieden wird. Dabei soll die Vorrichtung einen verhältn.smäßig einfachen Aufbau h?ben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Hauptanspruchs angegebenen Maßnahmen gelöst

Aus der DE-OS 19 20 230 ist zwar eine magnetische Abscheidevorrichtung bekannt, bei der mittels Schlitzen in einer Schlitzplatte eine freie Durchströmung der zu filternden Flüssigkeit durch diese Platte erreicht werden kann. Eine Optimierung der Schlitzabmessungen zur Vergleichmäßigung der Strömung ist jedoch nicht vorgesehen. Außerdem erfüllt die bekannte Vorrichtung nicht die Voraussetzung für eine Abscheidung nach dem Prinzip der Hochgradienten-Magnettrenntechnik. eo

Die Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Abscheidevorrichtung erreichten Vorteile 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

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40 wird vorteilhaft durch diese Elemente das magnetische Feld unmittelbar an die Filterstruktur angekoppelt, ohne daß verhältnismäßig lange Bohrungen oder Kanäle, die nur mit entsprechend hoheii Kostenaufwand zu erstellen sind, durch Polschuhe bzw. in gitterartigen Strukturen 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

F i g. 1 eine Abscheidevorrichtung nach der Erfindung veranschaulicht ist Die

F i g. 2 und 3 zeigen Gestaltungsformen von magnetfeldführenden Elementen dieser Vorrichtung, während in den

F i g. 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 μπι oder auch schwach magnetische, beispielsweise paramagnetische oder antiferromagnetische Teilchen mit einem verhältnismäßig hohen Abscheidegrad 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 .? rotationssymmetrischen Jochkörper 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 Jochkörper 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 von 0,067 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 M' 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 Filterstruktur ohne Unterbrechung angekoppelt Zumindest die gesamte Querschnittsfläche der magnetfeldführenden Elemente 20 deckt dabei etwa 'Λ bis V? 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 F i g. 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 F i g. 1 ferner angedeutet ist, können zumindest auf der Einlaßseite in der Verteilungskammer 9 noch auf der dem Zulauf 15 zugewandten Seite die Strömungsverhältnisse beeinflussende Leitkörper 19 vorgesehen werden. So dient beispielsweise ein Leitblech dazu, das zufließende Medium M zumindest an der dem Zulaut 15 zugewandten Seite zunächst erst auf einen größerer. Abstand vor. 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 13 einströmt als an dem Zulauf ferner liegenden Stellen der Eintrittsfläche. Statt Leitblechen können gegebenenfalls auch netzartige Strukturen vorgesehen werden, die darüber hinaus auch zu einem die Elemente 20 in vorbestimmtem Abstand umschließenden rohrförmigen Körper ausgebildet sein können.

Neben der in F i g. 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 Eintrittsfläche 16 bzw. der entsprechenden Austrittsfläche der Struktur geeignet Zwei Ausführungsformen solcher Elemente gehen aus den Fi g. 2 und 3 hervor, wobei in diesen Figuren mit F i g. 1 übereinstimmende Teile mit den entsprechenden Bezugszeichen versehen sind.

So lassen sich gemäß dem schematischen Längsschnitt nach F i g. 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 Filterstruktur eintretenden Strömung des Mediums M bewirkt werden.

Wie darüber hinaus dem schematischen Längsschnitt nach Fig.3 zu entnehmen ist, können zumindest die zwischen der Jochplatte 5 und der Eintrittsfläche 16 der Filterstruktur 13 verlaufenden magnetfeldführenden Elemente 24 nicht nur eine zylindrische Form haben, sondern beispielsweise auch kegelstumpfförmig ausgebildet sein.
Gemäß den Ausführungsbeispielen der Abscheide-Vorrichtung nach den F i g. 1 bis 3 wurde davon ausgegangen, daß die magnetfeldführenden, die Strömung vereinheitlichenden Elemente 20 bis 24 direkt an den Jochplatten 5 bzw. S 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 F i g. 4 und 5 ist eine weitere HGM-Abscheidevorrichtung nach der Erfindung als Längsschnitt bzw. als Querschnitt schematisch veranschaulicht Mit F i g. 1 übereinstimmende Teile haben dabei die entsprechenden Bezugszeichen. Diese allgemein mit 26 bezeichnete Vorrichtung unterscheidet sich von der Vorrichtung 2 gemäß F i g. 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 Filterstruktur 13 hin erstrecken. Auch mit derartigen Blechen lassen sich, insbesondere bei hohen Strömungsgeschwindigkeiten, Turbulenzen in dem in die Filterstruktur 13 eintretenden 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 F i g. 4 und 5 angedeuteten Eisenbleehe 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 F i g. 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 ver-

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sehen sein. Als Verteilungskanäle können beispielsweise

parallel zu der entsprechenden Einlaß- oder Auslaßflä- ^

ehe der Filterstruktur verlaufende Schlitze dienen, um |

die Verteilung des in die Filterstruktur eintretenden

bzw. des aus der Struktur austretenden Mediums noch 5

weiter zu fördern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Abscheiden von magnetisierbaren Teilchen nach dem Prinzip der Hochgradienten-Magnettrenntechnik bis zu Teilchengrößen unter 1 μπι aus einem strömenden Medium mit einem axialen oder radialen Ein- und Auslaß für das Medium und mit einer in einem Filterraum angeordneten Filterstruktur, 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 nicht-korrodierendem, ferromagnetischem Material mit vorbestimmter Maschenweite und Stärke ihrer Drähte enthält, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest an der Einlaßseite des zu filternden Mediums (M) besondere, säulenartige, magnetfeldführende Elemente (20, 22 bis 24; 30) aus ferromagnetischem Material, beispielsweise in Form von Bolzen oder Blechen, vorgesehen sind, welche