DE9107239U1 - Vorrichtung zur Beeinflussung des Fällungsverhaltens von Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser mit Hilfe eines magnetischen Feldes - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE D-4830 Gütersloh, Vennstraße

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Dipl.-Ing. Gustav Meldau . ~ batumf ir.06.^91

DipLPhys. Dr. Hans-Jochen Strauß Unser Zeichen: Sch

Herrn

Manfred Schön ing

Ringstraße 178

4840 Rheda-Wiedenbrück

Vorrichtung zur Beeinflussung des Fäliunqsverhaltens von Flüssigkeiten, insbesondere von Wasser mit Hilfe eines magnetischen Feldes

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Beeinflussung des Fällungsverhaltens einer Flüssigkeit, insbesondere von Wasser mit Hilfe eines magnetischen Feldes, mit einer rohrförmigen Wirkstrecke mit einem Durchflußrohr mit mindestens einem Anschluß, das in einen Leitungszug ein- oder an einen Ansaug ansetzbar ist.

Flüssigkeiten, insbesondere Wasser wird in vielen technischen Prozessen benötigt und müssen gefördert und durch Leitungen gepumpt werden, wobei es sich häufig um eine Flüssigkeit handelt, die mit Schwebstoffteilchen und gelösten Mineralien, bei Wasser insbesondere mit gelösten Härtebildner versetzt ist, und das über die gelösten Mineralien, insbesondere bei Erwärmung durch das Ausfallen dieser

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Härtebildner zu Inkrustierung führt; weiter führen die gelösten Mineralien auch zu Korrosionen, wozu auch die Schwebstoffteliehen z.B. durch Lochfraßkorrosion beitragen können. Durch diese Vorgänge werden z.B. in Salinen eingesetzte, konzentrierte Sole führende Rohrleitungen von Zeit zu Zeit unbrauchbar und müssen ausgetauscht werden. An Tiefbrunnen, die zur Wassergewinnung mittels angesetzter Rohrpumpen niedergebracht sind, müssen Pumpe und Rohrleitung von Zeit zu Zeit wegen unvermeidbarer Korrosionsangriffe und Inkrustierungen überholt werden, wobei besonders der Pumpenbereich mit seinen beweglichen Teilen ständiger Wartung bedarf. Um das Fällungsverhalten zu ändern sind schon viele Vorschläge gemacht worden, die teils über den Zusatz von chemischen Additiven die Inkrustierungen sowie die Korrosionsangriffe unterbinden wollen, und die teils mit physikalischen Mitteln das Fällungsverhalten des Wasser beeinflussen wollen. Während die chemischen Additive immer einen flüssigkeitsfremden Zusatz bedeuten, der nicht immer toleriert werden kann, ist die Wirkung physikalischer Mittel, die im wesentlichen auf der Anwendung magnetischer Felder beruhen, nicht reproduzierbar genug, um wirksam unterschiedliche Einsatzfälle angehen zu können.

Hier setzt die Erfindung ein, der die Aufgabe zugrunde liegt, eine Vorrichtung anzugeben, die die Möglichkeit bieten, ein physikalisches Verfahren der Beeinflussung des Fallungsverhaltens von Flüssigkeiten wie z.B. Wasser unter Verwendung eines magnetischen Feldes anzugeben, das in einem Durchflußgerät einsetzbar ist und bei dem in Weiterführung der Aufgabe die Parameter in einfacher Weise so verändert werden können, daß ein Anpassen an unterschiedliche Betriebsbedingungen in einfacher Weise möglich ist.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch ein dem Durchflußrohr konzentrisch umgebendes Mantelrohr, das als Rohrmagnet ausgebildetet ist, sowie durch einen in dem Durchflußrohr axial angeordneten Kern, der, als den magnetischen Fluß übernehmender Stab ausgebildet, aus einem ferromagnetisehen Material besteht, wobei die Länge des Kernes höchstens gleich der Länge des Mantelrohres ist; alter-

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nativ wird die Aufgabe gelöst durch ein das Durchflußrohr konzentrisch umgebendes Mantelrohr, das, als den magnetischen Fluß übernehmendes Rohr ausgebildet, aus ferromagnetisehen Material besteht, sowie durch einen in dem Durchflußrohr axial angeordneten Kern, der als Stabmagnet ausgebildet ist, wobei die Länge des Kernes höchstens gleich der Länge des Mantel-Rohres ist. Durch diese Ausbildung wird ein Durchflußgerät geschaffen, bei dem im Bereich der Enden des ferromagneti sehen äußeren Rohres oder inneren Kernes ein vom inneren bzw. vom äußeren Magneten erregtes magnetisches Feld konzentriert ist, wobei die Flüssigkeit, insbesondere das Wasser durch diese Bereiche fließen muß. Das durch den magnetische Fluß charakterisierte Magnetfeld liegt dabei im Bereich von 50 - 800 AW bzw. 0,25 - 4 Tes-Ia bzw. 2 500 - 40 000 Gauß. Dabei ist die Feldrichtung im wesentlichen rechtwinklig zur Richtung der fließenden Flüssigkeit.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist als Magnet ein Permanentmagnet vorgesehen; eine andere, ebenfalls bevorzugte Ausführungsform weist als Magneten einen Elektromagnet auf. Während die erste Ausführungsform keine Zufuhr einer Hilfsenergie zum Aufrechterhalten des magnetischen Feldes benötigt und daher wartungsfrei und anwendungsfreundlich auch unter Bedingungen ist, wo eine Stromversorgung nicht erreichbar ist, bietet die alternative Ausführungsform mit dem Einsatz eines Elektromagneten, der vorzugsweise als gegenüber ihrem Durchmesser (relativ) lange Spule in Form eines Solenoids ausgebildet ist, den Vorteil, das durch einfache elektrische Maßnahmen die Stärke des Magnetfeldes den Durchlußbedingungen angepaßt werden kann. Zum Erzeugen des magnetischen Feldes wird der Elektromagnet der Vorrichtung vorteilhaft an eine Spannungsquelle angeschlossen, wobei die Spannungsquelle vorzugsweise eine Speisespannung unterhalb der Kleinspannungsgrenze von 42 V erzeugt; dazu ist die Spannungquelle weiter vorteilhaft als Netzgleichrichter mit einem Transformator und einem Gleichrichter ausgebildet, dessen vorzugsweise mit einer Glättungskapazität geglättete Ausgangsspannung einstellbar ist. Damit wird zum einen eine stabile Stromversorgung erreicht, die gegenüber der Stromversorgung aus Batterien oder Akkumulatoren

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wirtschaftlicher ist. Die niedrige Ausgangsspannung erlaubt den Bau einer elektrisch eigensicheren Vorrichtung, wodurch die Möglichkeit des Einsatzes auch in explosions- oder schlagwettergefährdeten Bereichen geschaffen wird. Darüber hinaus erlaubt die Kleinspannung den Einsatz auch dort, wo eine Gefährdung von Menschen oder Tieren durch elektrische Verbraucher nicht auszuschließen ist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist dadurch gegeben, daß der Netzgleichrichter eine Regel-, vorzugsweise eine Modulationsstufe zum Regeln bzw. zum Modulieren der Ausgangsspannung aufweist, wobei vorzugsweise der Glättungskapazität ein veränderbarer Widerstand vor- oder nachgeschaltet ist. Durch diese Regel- bzw. Modulationsstufe wird der an sich geglätteten Gleichspannung zum Betrieb des Elektromagneten der Vorrichtung eine charakteristische Spannung aufgeprägt, die zum einem als Nachführung der Ausgangsspannung im Sinne einer Regelung, ausgelöst von einer Führungsgröße, bewirkt, und die zum anderen mit einer Modulationspannung überlagert ist, die der Versorgungsspannung etwa bestimmte Frequenzen aufprägt oder die die Versorgungsspannung impulsartig unterbricht und zuschaltet. Dadurch kann das zunächst zeitlich konstante Magnetfeld zeitlich so verändert werden, daß eine optimale Wirkung erreicht wird, wobei als Führungsgröße ein meßtechnisch erfaßbarer Parameter der Flüssigkeit Verwendung finden kann. In einer anderen vorteilhaften Gestaltung wird der Gleichspannung eine Modulationsspannung aufgeprägt, wodurch die hier mögliche Wahl von Frequenz und/oder Amplitude (bzw. Modulationsgrad) Anpassung an besondere Einsatzbedingungen erlaubt. Es versteht sich von selbst, daß ein Hintereinanderschalten mehrerer dieser Vorrichtungen, betrieben mit unterschiedlichen Modulationsgraden und/ oder unterschiedliche Modulationsfrequenzen auch Trennungen realisieren läßt.

Weiter ist es vorteilhaft, wenn das Verhältnis von Länge zu Durchmesser des äußeren Mantelrohres im Bereich von 4:1 bis 10:1 liegt. Dieses Verhältnis hat, dies haben entsprechende Versuche gezeigt, eine vorteilhafte Ausbildung des wirkenden Magnetfeldes zur Folge.

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In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest das Durchflußrohr der Vorrichtung aus einem nichtmagnetischem Material, vorzugsweise aus Edelstahl hergestellt. Die Verwendung eines austenitischen Edelstahls mit seiner unmagnetischen Eigenschaft erlaubt den Bau einer metallischen Vorrichtung, die in einfacher Weise herstell-, einsetz- und reinigungsbar ist. Hygienische Bedenken gegen derartige Edelstahle bestehen nicht. Es versteht sich von selbst, daß auch Kunststoffe einsetzbar sind. Auf dem Außenmantel des rohrförmigen Teils ist dabei der Solenoid aufgewickelt, der ein Magnetfeld entsprechend einem magnetischen Fluß von 50 - 800 AW bzw. 0,25 - 4 Tesla bzw. 2 500 40 000 Gauß erzeugt. Dieses Feld ist im Inneren des rohrförmiger Teiles in Flußrichtung der Flüssigkeit, insbesondere des Wassers gerichtet, wird aber durch den eingesetzten ferromagnetisehen Mantel bzw. den ferromagnetisehen Kern "aufgesogen" so daß die Feldwirkung im Bereich der Enden des Mantels bzw. des Kernes auftritt. Dabei wird davon ausgegangen, daß der Querschnitt des ferromagnetisehen Mantels bzw. Kernes den magnetischen Fluß führen kann, ohne in die Sättigung zu kommen. Vorteilhaft ist dabei der ferromagnetische Kern aus einer ferromagnetisehen Keramik gebildet.

In einer bevorzugten, an eine metallische Wasserleitung anschließbaren Weiterbildung weist das spannungsmäßig hochliegende Spulenende des Elektromagneten einen Spannungabzweig auf, der über einen Widerstand mit einem Widerstandswert von vorzugsweise größer 10 kJlmit dem Durchflußrohr und über die Verschraubung mit dem metallischen Anschlußrohr der Flüssigkeitsleitung verbunden ist. Dieser durch diesen Schluß erzwungene Potentialausgleich verhindert galvanische Angriffe auf das metallische Rohr, und ist somit ein Mittel beispielsweise zum Verhindern einer galvanisch bedingten Lochfraßkorrosionen. Dabei liegt der Vorwiderstand so, daß allenfalls Ströme im Mikroampere-Bereich fließen können.

Bei dem Einsatz dieses Gerätes wird das Fällungsverhalten der Flüssigkeit, insbesondere des Wasser auf eine bisher noch nicht erklärbare Art derart geändert, wobei die erreichten Unterschiede mögli-

cherweise auf einer Stabilisierung von kolloidalen Zuständen beruhen. Das durch die Vorrichtung geflossene Wasser neigt dazu, auch bei großer Härte und bei einem hohen Schwebstoffanteil keine Ablagerungen zu bilden; darüber hinaus neigt es dazu, bereits bestehende Ablagerung zu lösen. Beobachtungen haben gezeigt, daß nach Einsatz des Gerätes z.B. kalkige Ablagerungen im Laufe der Zeit verschwanden, wobei der Zeitraum bei durch die Vorrichtung geflossenem Wasser deutlich unter dem Zeitraum lag, den in konventioneller Weise magnetisch behandeltes Wasser benötigte; in einem Fall konnte eine Verkürzung des zum Abbau derartiger Inkrustierungen notwendigen Zeitraumes um ein Faktor beobachtet werden, der um 500 bis 700 gelegen hat.

Das Wesen der Erfindung wird an Hand der beigefügten Figuren 1 bis 3 beispielhaft näher erläutert; dabei zeigen

Fig. 1: Eine rohrförmige Vorrichtung zum Einschalten in eine Flüssigkeitsleitung;

Fig. 2: Eine in Form einer Falle gebaute Vorrichtung zum Einschalten in eine Flüssigkeitsleitung;

Figur 3: Prinzipschaltbild der Spannungversorgung zum Betrieb der Vorrichtung.

Die Figur 1 zeigt eine Vorrichtung zur Beeinflussung des Fällungsverhaltens eines flüssigen Mediums, insbesonder von Wasser mit Hilfe eines magnetischen Feldes. Diese Vorrichtung besteht aus einer rohrförmigen Wirkstrecke 1 mit Anschlüssen 2.1 und 2.2 auf beiden Seiten zum Einschrauben in einen Leitungszug. Es versteht sich von selbst, daß die Anschlüsse -etwa zum Anschließen an einen Ansaugstutzenauch einseitig vorgesehen sein können. Das die Wirkstrecke bildende Durchflußrohr 3 führt den Flüssigkeitsstrom, wobei die Wandung dieses Durchflußrohres 3 vorteilhaft aus einem unmagnetischen Edelstahl gebildet wird. So lassen sich Korrosionprobleme in einfacher Weise beherrschen, ohne daß in die magnetischen Verhältnisse eingegriffen wird. Zentrisch in der Wirkstrecke ist ein Kern 4 angeordnet, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als ferromagnetischer Kern 4,

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ohne eigenes magnetisches Moment ausgebildet ist. Das die Wirkstrekke 1 bildende Durchflußrohr 3 wird von einem Mantel-Rohr 5 umgeben, das in dieser Ausfühungsform den zum Betrieb der Vorrichtung notwendigen Magneten bildet, wobei der als Elektromagnet ausgebildete Magnet die Anschlüsse 6 und 7 aufweist, die ihn mit der Spannungquelle 10 verbinden. Ein Anschluß 9 an dem Anschlußende 2.2 erlaubt das Anschließen der über einen Widerstand zugeführten Schutzspannung.

Die Figur 2 zeigt die analogen Verhältnisse, wobei lediglich hier die Anordnung des Durchflußrohres 3 so gewählt ist, daß der innere Kern 4 einen Durchflußkanal 8 aufweist, durch das die Flüssigkeit wieder zurückströmen kann, so daß die Anordnung einen Durchfluß ermöglicht, die Länge der Wirkstrecke 1 jedoch rechtwinklig zur Richtung des Flüssigkeitsflusses liegt. Dies erlaubt eine Verkürzung der für den Einbau notwendigen Länge. Das Durchflußrohr 3 besitzt daher rechtwinklig zu seiner Achse ausgerichtete Anschlußrohre mit den Anschlüssen 2.1 und 2.2. Zur Ausrichtung der Strömung können zumindest im Bereich des Einlasses Strömungsgleichrichter angeordnet sein. Es versteht sich in diesem Zusammenhang von selbst, daß die Strömungsrichtung auch so gewählt werden kann, daß der Zufluß zur Wirkstrecke 1 durch den Durchflußkanal 8 erfolgt, so daß die behandelte Flüssigkeit nach Verlassen der Wirkstrecke 1 direkt abströmen kann.

Die Figur 3 zeigt ein Wirkschaltbild der Spannungsquelle 10. Mit dem Transformator 11 wird die für die Gleichrichtung notwendige Wechselspannung hergestellt. Der Gleichrichter 12 -hier in Brückengleichrichterschaltung dargestellt- richtet die Wechselspannung gleich und gibt diese über einen Kondensator 13 an die Anschlüsse 14 und 15 für den Elektromagneten des Mantelrohres 5 ab. Vorwiderstände 16.1 und 16.2 (wobei der dem Kondensator vorgeschaltete Widerstand 16.1 auch in Form einer Drossel realisiert sein kann) mindern den Brumm der abgegebenen Gleichspannung und begrenzen ihren Brumm. Eine Modulationsstufe 17 erlaubt das Aufprägen eines besonderen Kurverlaufs, so daß ein zeitlich variables, periodisch veränderbares Magnetfeld erzeugt werden kann. Es versteht sich von selbst, daß über die Modula-

tionsstufe 17 auch eine Beeinflussung der Magnetfeldstärke erreicht werden kann, so daß -ausgehend von einer meßtechnisch bestimmbaren Führungsgröße- die Stärke des Magnetfeldes den notwendigen oder gewünschten Verhältnissen angepaßt werden kann.

Claims (1)

1. PATENTANWÄLTE D-4830 Gütersloh, Vennstraße 9

   Telefon: T9 52A)I 30 54

   Dipl.-Ing. Gustav Meldau ; Datum: 1KÖ6.91

   DipLPhys. Dr. Hans-Jochen Strauß Unser Zeichen: Sch 874

   Schutzansprüche

   01. Vorrichtung zur Beeinflussung des Fällungsverhaltens einer Flüssigkeit, insbesondere von Wasser mit Hilfe eines magnetischen Feldes, mit einer rohrförmigen Wirkstrecke mit einem Durchflußrohr mit mindestens einem Anschluß, das in einen Leitungszug ein- oder an einen Ansaug ansetzbar ist, gekennzeichnet durch ein dem Durchflußrohr (3) konzentrisch umgebendes Mantelrohr (5), das als Rohrmagnet ausgebildeten ist, sowie durch einen in dem Durchflußrohr (3) axial angeordneten Kern (4), der, als den magnetischen Fluß übernehmender Stab ausgebildet, aus einem ferromagnetischen Material besteht, wobei die Länge des Kernes (4) höchstens gleich der Länge des Mantelrohres (5) ist.

   02. Vorrichtung zur Beeinflussung des Fällungsverhaltens eines flüssigen Mediums, insbesondere von Wasser mit Hilfe eines magnetischen Feldes, mit einer rohrförmigen Wirkstrecke mit mindestens einem Anschluß, die in einen Leitungszug ein- oder an einen Ansaug ansetzbar ist, gekennzeichnet durch ein das Durchflußrohr (3) konzentrisch umgebendes Mantelrohr (5), das, als den magnetischen Fluß übernehmendes Rohr ausgebildet, aus ferromagnetisehen Material besteht, sowie durch einen in dem Durchflußrohr (3) axial angeordneten Kern (4), der als Stabmagnet ausgebildet ist, wobei die Länge des Kernes (4) höchstens gleich der Länge des Mantel-Rohres (5) ist.

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   03. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß als Rohr- bzw. Stabmagnet ein Permanentmagnet vorgesehen ist.

   04. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß als Rohr- bzw. Stabmagnet ein Elektromagnet vorgesehen ist.

   05. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Elektromagnet ein an eine Spannungsquelle (10) anschließbarer Solenoid vorgesehen ist, wobei die Spannungsquelle (10) vorzugsweise eine Speisespannung unterhalb der Kleinspannungsgrenze von 42V erzeugt.

   06. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle (10) als Netzgleichrichter mit einem Transformator (11) und einem Gleichrichter (12) ausgebildet ist, dessen vorzugsweise mit einer Glättungskapazität (13) geglättete Ausgangsspannung einstellbar ist.

   07. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Netzgleichrichter (10) ein Regel-, vorzugsweise eine Modulationsstufe (17) zum Regeln bzw. zum Modulieren der Ausgangsspannung aufweist, wobei vorzugsweise der Glättungskapazität (13) ein veränderbarer Widerstand (16.1; 16.2) vor- oder nachgeschaltet ist.

   08. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regel- bzw. Modulationsstufe (17) mit einem einen charakteristischen Parameter der Flüssigkeit überwachenden Fühler zusammenwirkt.

   09. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge kennzeichnet, daß das Verhältnis von Länge zu Durchmesser

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   des äußeren Mantelrohres (5) im Bereich von 4:1 bis 10:1 liegt.

   10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch ge kennzeichnet, daß zumindest das Durchflußrohr (3) der Vorrichtung (1) aus einem nichtmagnetischem Material, vorzugsweise aus Edelstahl hergestellt ist.

   11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, daß das ferromagnetische Mantelrohr (5) bzw. der ferromagnetische Kern (4) aus einer ferromagnetisehen Keramik gebildet ist.

   12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 11 zum Anschluß an eine metallische Flüssigkeitleitung, dadurch gekenn zeichnet, daß das spannungsmäßig hochliegende Spulenende des Solenoid des Elektromagneten (4; 5) einen Spannungabzweig (19.1) aufweist, der über einen Widerstand (19) mit einem Widerstandswert von vorzugsweise größer 10 kÄmit dem Durchflußrohr (3) und über die Verschraubung mit dem metallischen Anschlußrohr (9) der Flüssigkeitsleitung verbunden ist.