NL8802179A - Inrichting voor het behandelen van vloeistof voor het verhinderen en/of verwijderen van ketelsteenafzettingen. - Google Patents

Description

Inrichting voor het behandelen van vloeistof voor het verhinderen en/of verwijderen van ketelsteenafzettingen.

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor het behandelen van vloeistof voor het verhinderen en/of verwijderen van ketelsteenafzettingen, omvattende althans een soleno'idevormige elektrische spoel, door de inwendige ruimte waarvan de te behandelen vloeistof kan worden gevoerd, en een elektrische bekrachtigingseenheid met althans ëên signaaluitgang voor het aansluiten van de uiteinden van de althans ene spoel voor het met een elektrisch bekrachtigingssignaal bekrachtigen hiervan.

Een inrichting van deze soort is bekend uit het Amerikaanse oc-trooischrift 2.596.743.

Reeds de aanwezigheid van een gering percentage van onzuiverheden zoals ionen van calcium en magnesium in een vloeistof, bijvoorbeeld water, geeft aanleiding tot de vorming van ketelsteen of volumineuze neerslag. Calciumsulfaat, calcium- en magnesiumsilicaat vormen ketelsteen . doordat naarmate de vloeistof waarin ze voorkomen verdampt, de concentratie van deze zouten toeneemt en het verzadigingspunt nadert waarop de zouten uitkristalliseren en zich aan een wand vastzetten. Calciumcarbo-naat bijvoorbeeld vormt een zeer zachte ketelsteen of soms een neerslag. De meest hardnekkige vorm van ketelsteen is calciumsulfaat dat zo sterk hecht aan de metalen wanden van pijpen, ketels etc. dat deze buiten gebruik moeten worden gesteld om de ketelsteen te verwijderen.

Het ontstaan van ketelsteen in bijvoorbeeld stoomketels leidt tot een verminderde warmte-overdracht en dus een hoger brandstofverbruik, naast de mogelijkheid van verstopping van leidingen. Reeds een laag ketelsteen van ca. 0,2 mm kan aanleiding geven tot plaatselijke oververhitting en beschadiging van de ketels.

De genoemde ionen van calcium en magnesium en eventuele verontreinigingen van mangaan, ijzer en aluminium, zijn eveneens voor huishoudelijk gebruik zeer schadelijk omdat ze reageren met zeep door de vorming van calcium-, magnesium-, ijzer- en aluminiumzouten die onoplosbaar zijn en een kleverige massa vormen op stoffen die in water dat deze verontreinigingen bevat worden gewassen.

Zoals bekend ondervindt een bewegende lading in een magnetisch veld een lorentzkracht welke evenredig is met de aangelegde magnetische veldsterkte, de hoeveelheid lading en de verplaatsingssnelheid van die lading. Door nu de, met de genoemde elementen, verontreinigde vloeistof aan een magnetisch veld te onderwerpen worden de vloeistofmoleculen, bijvoorbeeld de watermoleculen, gericht waardoor de genoemde verontreinigingen, in het bijzonder de ionen van calcium en magnesium, uit oplossing komen en er bijgevolg geen ketelsteen wordt gevormd. Bij de bekende inrichting wordt de solenoïdevormige elektrische spoel, door de inwendige ruimte waarvan de te behandelen vloeistof wordt gevoerd, met een gelijkstroom, een wisselstroom van vaste frequentie of een pulserende stroom bekrachtigd.

In de praktijk is echter gebleken dat de nuttige werking van de, op deze wijze bekrachtigde inrichtingen onder andere afhangt van de stromingssnelheid van de te behandelen vloeistof. In de Europese octrooiaanvrage EP-A-0.091.896 is in dit verband een buisvormige ring voorgesteld waardoorheen de vloeistof wordt gevoerd om deze in het gebied van de spoel voortdurend in een zodanige turbulente toestand te brengen, dat met een vast ingestelde bekrachtigingsstroom kan worden volstaan.

Evenals de uit het genoemde Amerikaanse octrooischrift bekende inrichting betreft het hier echter een constructie welke in een leiding van een installatie moet worden opgenomen, hetgeen vooral bij bestaande leidingstelsels of bij vervanging van de inrichting montagetechnisch problematisch en duur kan zijn, en waarvoor het buiten bedrijf stellen van installaties noodzakelijk kan zijn.

Aan de uitvinding ligt bijgevolg in eerste instantie de opgave ten grondslag een inrichting van de, in de aanhef genoemde soort te verschaffen waarmee een bevredigende, nuttige werking over een gewenst bereik van stromingssnelheden van de te behandelen vloeistof wordt bewerkstelligd, zonder de noodzaak van constructies welke in een leiding moeten worden opgenomen waardoorheen de vloeistof stroomt.

Volgens de uitvinding wordt dit daardoor bereikt, dat de bekrachti-gingseenheid van middelen voor het opwekken van een in frequentie te variëren bekrachtigingssignaal is voorzien. Hiermee is het mogelijk om bij toename van de stromingssnelheid de frequentie van het bekrachtigingssignaal te verhogen, zodat bij hogere stromingssnelheden overeenkomstig vaker per tijdseenheid een magnetische werking op de vloeistof kan worden uitgeoefend, en omgekeerd. De spoel voor het opwekken van het magnetische veld kan daarbij eenvoudig uitwendig om een bestaande leiding worden aangebracht, zonder dat deze leiding hoeft te worden onderbroken.

Een verdere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding heeft het kenmerk, dat de bekrachtigingseenheid van middelen voor het in frequentie moduleren van het bekrachtigingssignaal is voorzien. Met een dergelijk in frequentie gemoduleerd bekrachtigingssignaal wordt een mag- netisch veld verschaft waarmee voor verschillende stromingssnelheden een in de tijd bevredigende gemiddelde werking wordt verkregen»

Een voor een groot gebied van stromingssnelheden toepasbare uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft het kenmerk, dat de middelen voor het in frequentie moduleren van het bekrachtigingssignaal voor het opwekken van een in frequentie tussen ca. 700 en 3000 Hz variërend signaal zijn ingericht.

Een voor het verkrijgen van meer optimale resultaten geschikte uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft het kenmerk, dat althans één met een stuuringang van de bekrachtigingseenheid te verbinden opnemer is verschaft, voor het opwekken van een van de stromingssnelheid van de vloeistof afhankelijk stuursignaal, voor het overeenkomstig de variatie van de stromingssnelheid variëren van de frequentie van het bekrachtigingssignaal.

Voorts is gebleken dat, om met het magnetische veld een lorentz-kracht van geschikte grootte op de bewegende ladingen uit te oefenen, bij afnemende stromingssnelheid van de vloeistof het magnetische veld sterker moet worden en omgekeerd, bij toename van de stromingssnelheid, het magnetische veld moet afnemen. Bij de bekende inrichting zoals geopenbaard door het genoemde Amerikaanse octrooischrift welke met een voorafbepaalde vaste magnetische veldsterkte werkt, kan het zelfs gebeuren dat, wanneer de vloeistofsnelheid beneden een bepaalde minimale waarde komt, de nuttige werking nihil is, met alle nadelige gevolgen van dien. Het magnetische veld zo sterk maken dat wel een goede werking bij dergelijke lage stroomsnelheden wordt verkregen is onvoordelig, omdat gebleken is dat bij hogere stromingssnelheden de lorentzkracht op de bewegende ladingen dan verhoudingsgewijze weer te groot is, waardoor de nuttige werking weer minder is.

De sterkte van het opgewekte magnetische veld wordt naast het aantal windingen en de afmetingen van de elektrische spoel ook door de amplitude van het bekrachtigingssignaal bepaald. Om ook een aan de stromingssnelheid van de vloeistof aangepaste magnetische veldsterkte te bewerkstelligen, heeft een verdere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding het kenmerk, dat de bekrachtigingseenheid van middelen voor het in amplitude variëren van het bekrachtigingssignaal is voorzien.

Een automatische aanpassing van de amplitude van het bekrachtigingssignaal· aan de stromingssnelheid van de vloeistof wordt in een weer verdere uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding daardoor bereikt, dat althans één met een stuuringang van de bekrachtigingseen- heid te verbinden opnemer is verschaft, voor het opwekken van een van de stromingssnelheid van de vloeistof afhankelijk stuursignaal, voor het tegengesteld aan de variatie van de stromingssnelheid variëren van de amplitude van het bekrachtigingssignaal. Deze uitvoeringsvorm heeft als voordeel dat tijdens bedrijf door een gebruiker geen ingestelde waarden aan een verandering in de stromingssnelheid van de vloeistof hoeven te worden aangepast. Als opnemer kan een in de vloeistofstroom op te nemen stromingssnelheidsmeter worden toegepast.

Een voordelige uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft het kenmerk, dat een akoustische opnemer is verschaft, welke uit het door de vloei-stofstroming geproduceerde geluid een met de stromingssnelheid corresponderend uitgangssignaal afgeeft. Een dergelijke akoustische opnemer kan zonder constructietechnische aanpassing van een bestaande installatie worden toegepast.

Een optimale werking wordt in een nog weer verdere uitvoeringsvorm van de uitvinding daardoor verkregen, dat de middelen voor het in amplitude variëren van het bekrachtigingssignaal zijn ingericht om het pro-dukt van amplitude en stromingssnelheid binnen de uitsturingsgrenzen van de bekrachtigingseenheid constant te houden.

Zoals in het voorgaande genoemd, kan reeds een dunne laag ketelsteen aanleiding geven tot beschadiging van bijvoorbeeld stoomketels door vermindering van de warmte-overdracht. Bij stoomketels voor bijvoorbeeld elektriciteitsopwekking kan een dergelijke beschadiging aanleiding geven tot het stilleggen van de elektriciteitsproduktie hetgeen in de praktijk zeer omvangrijke nadelige gevolgen kan hebben. Vooral bij deze toepassingen is het belangrijk dat de werking van de inrichting volgens de uitvinding kan worden bewaakt.

Een uitvoeringsvorm van de uitvinding heeft daartoe het kenmerk, dat de bekrachtigingseenheid van middelen voor het aanwijzen van de bekrachtigingstoestand van de inrichting is voorzien. Een nog weer verdere uitvoeringsvorm heeft eveneens voor dit doel het kenmerk, dat de bekrachtigingseenheid van alarmeringsmiddelen voor het signaleren van het in niet-bekrachtigde toestand verkeren van de inrichting is voorzien.

Om de werking van de inrichting bij een storing in de energietoevoer te garanderen, of om een van een externe energiebron onafhankelijke werking te bewerkstelligen, hetgeen bijvoorbeeld noodzakelijk kan zijn op plaatsen waar bijvoorbeeld geen aansluiting op het openbare elektriciteitsnet mogelijk is, heeft een uitvoeringsvorm van de inrichting volgens de uitvinding het kenmerk, dat de bekrachtigingseenheid van een eigen energiebron is voorzien. Hiertoe kan van batterijen, accu’s, zonnecellen en dergelijke gebruik worden gemaakt.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een bekrachtigingseenheid welke in combinatie met een spoel en/of een opnemer voor de stromingssnelheid van de te behandelen vloeistof kan worden toegepast.

Opgemerkt wordt dat uit het Belgische octrooischrift 901.884 een inrichting voor het verhinderen van ketelsteenafzettingen bekend is, waarbij althans één spoel wordt gebruikt welke eveneens om een leiding met de te behandelen vloeistof moet worden aangebracht. Het betreft hier evenwel een zogeheten "open stelsel”, waarbij de althans ene spoel met slechts één uiteinde op een bekrachtigingseenheid is aangesloten, het andere uiteinde van de spoel is vrij. Dit in tegenstelling tot de inrichting volgens de uitvinding waarbij de althans ene spoel met beide uiteinden op de bekrachtigingseenheid is aangesloten. Er wordt voorts géén in frequentie gemoduleerd bekrachtigingssignaal toegepast.

In de praktijk is gebleken dat een dergelijk open stelsel op een aantal punten nadelig is. Ten eerste dient de fysieke afstand tussen de bekrachtigingseenheid en de spoel kort te zijn, om over de gehele lengte van de spoel een voldoende werking te verkrijgen. Bij montage kan dit bezwaarlijk zijn. De spoel vormt bovendien een open LC-kring ten opzichte van aarde, waardoor bij een pulserend bekrachtigingssignaal de stroom in de spoel een piek vertoont en vervolgens snel uitsterft. Het op deze wijze uitslingeren van de stroom veroorzaakt stoorsignalen tot ver in het hoogfrequente gebied, waardoor storing op andere elektronische apparatuur, zoals bijvoorbeeld meet- en regelapparatuur, radio- en t.v.-ontvangers niet is uitgesloten. In het bijzonder de mogelijke storing van meet- en regelapparatuur kan in de praktijk zeer schadelijke gevolgen hebben. Tussen de pieken in de bekrachtigingsstroom is er voorts, geen magnetisch veld aanwezig, zodat de inrichting gedurende deze tijdsperioden geen nuttige werking bezit.

Deze nadelen worden met de inrichting volgens de uitvinding, welke als gesloten stelsel is uitgevoerd, dat wil zeggen waarbij de beide uiteinden van de althans ene elektrische spoel op de bekrachtigingseenheid zijn aangesloten, vermeden.

De uitvinding wordt in het navolgende nader beschreven aan de hand van een voorbeelduitvoeringsvorm en de tekening, waarvan:

Fig. 1 schematisch de opstelling en aansluiting van een bekrachtigingseenheid met een enkele spoel en opnemer toont,

Fig, 2 in blokschemavorm een mogelijke elektrische uitvoeringsvorm van de bekrachtigingseenheid volgens de uitvinding toont, en

Fig. 3 grafisch het verband tussen de amplitude van het bekrachti-gingssignaal van de spoel en de stromingssnelheid van de te behandelen vloeistof illustreert.

Fig. 1 toont een toepassing van de inrichting volgens de uitvinding, waarbij de te behandelen vloeistof, bijvoorbeeld water, door een leiding 1 stroomt. Op signaaluitgangsklemmen 3, 4 van een bekrachti-gingseenheid 2 is een uitwendig rond de leiding 1 gewikkelde solenoïde-vormige spoel 5 van geïsoleerde elektrisch geleidende draad aangebracht. Op stuursignaalingangsklemmen 6, 7 van de bekrachtigingseenheid 2 is een opnemer 8 aangesloten, welke een van de stromingssnelheid van de vloeistof in de leiding 1 afhankelijk stuursignaal opwekt. De bekrachtigingseenheid 2 is verder van een signaallamp 9 voorzien, welke oplicht zolang er een bekrachtigingsstroom door de spoel 5 vloeit.

Fig. 2 toont in blokschemavorm een mogelijke uitvoeringsvorm van de bekrachtigingseenheid 2. Het centrale gedeelte wordt gevormd door een op zich bekende spanningsgestuurde oscillator 10, in de Engelstalige vakliteratuur aangeduid met de afkorting VCO "Voltage Controlled Oscillator", op de uitgang waarvan een drijvertrap 11 is aangesloten, met de signaal-uitgangsaansluitklemmen 3, 4 voor het aansluiten van de elektrische spoel 5. De frequentie van de VCO 10 wordt met behulp van een zaagtand-generator 12 gestuurd. Gebleken is dat met een vast in frequentie tussen 700 en 3000 Hz variërend bekrachtigingssignaal een gewenste nuttige werking voor nagenoeg alle in de praktijk voorkomende vloeistofstromings-snelheden kan worden bereikt.

Voor het variëren van de amplitude en zonodig de frequentie van het door de VCO 10 opgewekte wisselstroomsignaal is een stuurtrap 13 voorzien, met de stuursignaalaansluitklemmen 6, 7 voor het toevoeren van het stuursignaal van de opnemer 8. De opnemer 8 kan uit een gebruikelijke stromingssnelheidsmeter bestaan, welke in de vloeistofstroming dient te worden opgenomen, of een op zich bekende akoustische opnemer welke aan de hand van het door de vloeistofstroming geproduceerde geluid een van de stromingssnelheid afhankelijk uitgangssignaal opwekt. Door de stuurtrap 13 wordt een dergelijk signaal zodanig verwerkt, dat bij een toename van de stromingssnelheid van de vloeistof de amplitude van het uitgangssignaal van de VCO 10 c.q. de drijvertrap 11 wordt verlaagd. Bij afname van de stromingssnelheid wordt het uitgangssignaal van de VCQ c.q. de drijvertrap in amplitude verhoogd.

Met de onderbroken verbindingslijn tussen de stuurtrap 13 en de zaagtandgenerator 12 is aangeduid dat zonodig ook de frequentie van de VCO 10 als functie van de stromingssnelheid kan worden gestuurd. In dit geval zou in plaats van een zaagtandgenerator ook een instelbare spanningsbron kunnen worden toegepast.

Het spreekt vanzelf dat de drijvertrap 11 van meerdere signaaluit-gangen kan zijn voorzien, voor het aansluiten van meerdere spoelen 5. Op de drijvertrap 11 is verder een lichtemitterende diode LED 9 aangesloten, welke oplicht gedurende de tijd dat er via de signaaluitgangsaan-sluitklemmen 3, 4 een stroom vloeit. Naast deze optische aanwijsmidde-len, is op de drijvertrap 11 ook een akoustische signaalgever 14 aangesloten, welke pas dan een signaal afgeeft, wanneer er tijdens bedrijf geen stroom door de signaaluitgangsaansluitklemmen 3, 4 vloeit, bijvoorbeeld als gevolg van een onderbreking in de spoel 5. Met nadruk wordt erop gewezen dat de LED 9 en de signaalgever 14 naar keuze kunnen zijn aangebracht en zonodig ook door andere middelen kunnen zijn vervangen, bijvoorbeeld voor het in een controlekamer signaleren van de werking van de inrichting, zonodig langs radiografische weg. Ook de stuurtrap 13, voor het variëren van de amplitude van het uitgangssignaal van de VCO 10 c.q. de drijvertrap 11 is facultatief.

Gebleken is dat een uitstekende werking wordt verkregen, wanneer de drijvertrap 11 een blokgolfvormig wisselstroomsignaal afgeeft.

De bekrachtigingseenheid wordt met behulp van een voedingseenheid 15 van de benodigde elektrische energie voorzien. De voedingseenheid 15 is zodanig uitgevoerd, dat de bekrachtigingseenheid zowel aangesloten op het elektriciteitsnet alsook zelfstandig kan functioneren, bijvoorbeeld door middel van ondermeer een accu, batterijen of zonnecellen. Hoewel niet getoond, kunnen de drijvertrap 11, de zaagtandgenerator 12 en de stuurtrap 13 zonodig van middelen voor het voorinstellen van gewenste parameterwaarden zijn voorzien, en als êén geïntegreerde schakeling zijn uitgevoerd.

Fig. 3 toont grafisch het voorkeursverloop van de sterkte van de bekrachtigingsstroom i door de spoel 5 als functie van de stromingssnelheid v van de te behandelen vloeistof. De stroomsterkte is daarbij begrensd tussen een hoogste grenswaarde i^ en een laagste grenswaarde i2· Tussen deze uitsturingsgrenzen ij, i2 is het produkt van stromingssnelheid en stroomsterkte v.i. constant, om een optimale werking te bereiken. Vanwege het illustratieve karakter van de figuur zijn geen specifieke waarden of eenheden aangegeven.

Het zal duidelijk zijn dat in plaats van een spanningsgestuurde os-cillator ook andere, op zich bekende elektronische schakelingen voor het verkrijgen van een in frequentie gemoduleerd wisselstroomsignaal kunnen worden toegepast. Door een vakman kunnen voorts vele variaties en aan- vullingen op de inrichting volgens de uitvinding worden aangebracht zonder af te wijken van de omvang en gedachte hiervan.

Claims (14)

1. Inrichting voor het behandelen van vloeistof voor het verhinderen en/of verwijderen van ketelsteenafzettingen, omvattende althans een solenoïdevormige elektrische spoel, door de inwendige ruimte waarvan de te behandelen vloeistof kan worden gevoerd, en een elektrische bekrach-tigingseenheid met althans een signaaluitgang voor het aansluiten van de uiteinden van de althans ene spoel voor het met een elektrisch bekrachr tigingssignaal bekrachtigen hiervan, met het kenmerk, dat de bekrachti-gingseenheid van middelen voor het opwekken van een in frequentie te variëren bekrachtigingssignaal is voorzien.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de bekrach-tigingseenheid van middelen voor het in frequentie moduleren van het bekrachtigingssignaal is voorzien.

3. Inrichting volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de middelen voor het in frequentie moduleren van het bekrachtigingssignaal voor het opwekken van een in frequentie tussen ca. 700 en 3000 Hz variërend signaal zijn ingericht.

4. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat althans één met een stuuringang van de bekrachtigingseenheid te verbinden opnemer is verschaft, voor het opwekken van een van de stromingssnelheid van de vloeistof afhankelijk stuursignaal, voor het overeenkomstig de variatie van de stromingssnelheid variëren van de frequentie van het bekrachtigingssignaal.

5. Inrichting volgens conclusie 1, 2 ,3 of 4, met het kenmerk, dat de bekrachtigingseenheid van middelen voor het in amplitude variëren van het bekrachtigingssignaal is voorzien.

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat althans ién met een stuuringang van de bekrachtigingseenheid te verbinden opnemer is verschaft, voor het opwekken van een van de stromingssnelheid van de vloeistof afhankelijk stuursignaal, voor het tegengesteld aan de variatie van de stromingssnelheid variëren van de amplitude van het bekrachtigingssignaal.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de middelen voor het in amplitude variëren van het bekrachtigingssignaal zijn ingericht om het produkt van amplitude en stromingssnelheid binnen de uit-sturingsgrenzen van de bekrachtigingseenheid constant te houden.

8. Inrichting volgens conclusie 4 of 6, met het kenmerk, dat de opnemer een in de vloeistofstroom op te nemen stromingssnelheidsmeter is.

9. Inrichting volgens conclusie 4 of 6, met het kenmerk, dat een akoustische opnemer is verschaft, welke uit het door de vloeistofstroming geproduceerde geluid een met de stromingssnelheid corresponderend uitgangssignaal afgeeft.

10. Inrichting volgens ëên of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de bekrachtigingseenheid van middelen voor het aanwijzen van de bekrachtigingstoestand van de inrichting is voorzien.

11. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de bekrachtigingseenheid van alarmeringsmiddelen voor het signaleren van het in niet-bekrachtigde toestand verkeren van de inrichting is voorzien.

12. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de bekrachtigingseenheid van een eigen energiebron is voorzien.

13. Inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de bekrachtigingseenheid van middelen voor het opwekken van een blokgolfvormig bekrachtigingssignaal is voorzien.

14. Bekrachtigingseenheid welke bij een inrichting volgens één of meer van de voorgaande conclusies kan worden toegepast.