Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Wasser Method and device for treating water
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei der Wasser mit einem elektromagnetischen Feld behandelt wird, wobei über eine Rohrmessstrecke beidends durch gewickelte Induktionsspulen je ein Magnetfeld erzeugt wird, dessen Intensität durch Steuerung der Frequenz von Impulsen, die mit einem Generator erzeugt werden, einstellbar ist und die Intensität durch jeweils einen Schalter mit zugeordnetem Potentiometer für die Wasserdurchgangsleistungssteuerung sowie einen zweiten Schalter für die Härtekontrolle mit zugeordnetem Potentiometer für die Spannungsstromwandlung geregelt wird, wobei die sich ändernde Frequenz des Signals aus einem Rampengenerator mit der Frequenz des Signals aus dem Generator addiert wird und daraus ein frequenzgesteuertes Signal erzeugt wird, das wiederum zu dem Signal aus dem Spannungsstromwandler zu einem Signal addiert wird, das eine Sammelfrequenz darstellt, wobei die vom Generator ausgehende Frequenz in dem Niederfrequenzverstärker über eine weiter einmündende Frequenz führt und diese Sammelfrequenz durch den Niederfrequenzverstärker gewandelt wird und über einen Ausgang bzw. Verteiler beidends über die Länge der Rohrmesstrecke begrenzende, wirkungsgleichgerichtete Windungen mit den Impulsen versorgt werden, deren elektromagnetisches Feld die physikalischen Eigenschaften der durchfließenden Frequenz in Abhängigkeit der Einstellung der Schalter ändert, wobei der Ableitung aus dem Generator die Ableitung aus dem härtebezogenen Spannungsstromwandler nachgeordnet ist und sich die Ableitungen mit der Ableitung aus dem Rampengenerator und dem nachgeschalteten Generator zu der Frequenz addiert, wobei die Intensität beider Generatoren gemeinsam über den Niederfrequenzverstärker an den Ausgang der Magnetlinien gegeben wird.The invention relates to a method and a device in which water is treated with an electromagnetic field, wherein a magnetic field is generated at both ends by wound induction coils depending on a magnetic field whose intensity adjustable by controlling the frequency of pulses generated by a generator and the intensity is controlled by a respective switch with associated potentiometer for the water passage power control and a second switch for hardness control with associated potentiometer for voltage conversion, wherein the changing frequency of the signal from a ramp generator is added to the frequency of the signal from the generator and from a frequency-controlled signal is generated, which in turn is added to the signal from the voltage-current converter to a signal representing a collection frequency, wherein the frequency emanating from the generator in the low-frequency amplifier via a further einmündende frequency leads and this sampling frequency is converted by the low-frequency amplifier and are supplied via an output or distributor at both ends over the length of the pipe measuring section limiting, effect rectified windings with the pulses whose electromagnetic field, the physical properties of the flowing frequency as a function of the setting Switch changes, the derivative of the derivative of the hardness-related voltage current transformer is downstream of the derivative of the derivative and adds the derivatives with the derivative of the ramp generator and the downstream generator to the frequency, the intensity of both generators together via the low-frequency amplifier to the output of the magnetic lines is given.
Bei der Behandlung von Trinkwasser, das häufig als Grundwasser aus tiefen Gesteinsschichten gewonnen wird, ist vor allem auf das Calcium-Hydrogen-Karbonat zu achten, das als Verursacher von Kalksteinablagerungen und Verkrustungen in denIn the treatment of drinking water, which is often obtained as groundwater from deep rock layers, is to pay particular attention to the calcium hydrogen carbonate, as the cause of limestone deposits and incrustations in the
Rohrwandungen bekannt ist. Die Gesamthärte des Wassers setzt sich dabei aus der
sogenannten Karbonathärte (Summe der gelösten Erdalkali-Hydrogenkarbonate) und der Nichtkarbonathärte (weitere, gelöste Erdalkali-Salze) zusammen. Mit anderen Worten: Je mehr Kalk im Wasser gelöst ist, desto härter ist das Wasser. Die damit verbundenen Kaikabscheidungen vermindern den Wirkungsgrad von Heizungen, verringern die Rohrdurchmesser und bedingen bei stark verminderten Rohrdurchmessern einen Druckverlust, der ein sinnvolles Benutzen des Leitungssystems nicht mehr zulässt. Dies ist mit Kosten und gesteigertem Energieverbrauch verbunden.Tube walls is known. The total hardness of the water is made up of the so-called carbonate hardness (sum of dissolved alkaline earth bicarbonates) and the non-carbonate hardness (other dissolved alkaline earth metal salts) together. In other words, the more lime dissolved in the water, the harder the water is. The associated Kaikabscheidungen reduce the efficiency of heaters, reduce the pipe diameter and cause at greatly reduced pipe diameters a pressure drop, which no longer allows a meaningful use of the piping system. This is associated with costs and increased energy consumption.
Der sich bildende Kalksteinansatz kann verschieden verhindert werden:The forming limestone approach can be prevented differently:
1. durch Ionenaustauscher, in denen die Calciumionen sowie das Hydrogencarbonat aus dem Wasser genommen werden und mit Natriumionen sowie Chloridionen ersetzt werden1. by ion exchangers, in which the calcium ions and the bicarbonate are taken out of the water and are replaced with sodium ions and chloride ions
2. durch gesteuerte Zugabe von Phosphatchemikalien, die verhindern sollen, dass harte Ablagerungen entstehen; der Kalk soll durch die Chemikalien in Lösung gehalten werden bzw. mit den Chemikalien einen stabilen, chemisch inerten Schlamm bilden, den der Wasserstrom austrägt2. by controlled addition of phosphate chemicals to prevent hard deposits from forming; The lime should be kept in solution by the chemicals or form a stable, chemically inert sludge with the chemicals, which discharges the water flow
3. durch Behandlung des Wassers vor dem Eintritt in das System mittels elektromagnetischer Felder, also auf physikalische Art; die vorhandenen Ionen bilden dabei mikrofeine, langzeitstabile Kalkpartikel mit deutlich veränderter3. by treatment of the water before entering the system by means of electromagnetic fields, ie in a physical way; The existing ions form microfine, long-term stable lime particles with significantly changed
Morphologie, die mit der im Wassern enthaltenen Kohlensäure im Gleichgewicht stehen und keine Neigung mehr zeigen, an den Rohrwänden anzuhaftenMorphology, which are in equilibrium with the carbonic acid contained in the water and show no tendency to adhere to the tube walls
Im Vergleich machen die o. g. Methoden 1) und 2) das regelmäßige Austauschen des sich verbrauchenden lonentauschers bzw. das Nachfüllen des Vorratsbehälters mit Phosphatchemikalien notwendig. Zusätzlich muss das Leitungsnetz mit einer Öffnung zum Einsetzen des lonentauschers bzw. zum Zusetzen der Chemikalien versehen werden, was mit der zusätzlichen Gefahr einer erhöhten Keimbelastung einhergeht.In comparison, the o. G. Methods 1) and 2) the regular replacement of the consuming lonentauschers or the refilling of the reservoir with phosphate chemicals necessary. In addition, the line network must be provided with an opening for inserting the ion exchanger or to add the chemicals, which is associated with the additional risk of increased microbial contamination.
Methode 3) kommt hingegen ohne Chemikalien aus, erfordert kein geöffnetes Leitungssystem und behandelt das Wasser auf eine rein physikalische Art. Hohe Wassertemperaturen beeinflussen den Effekt kaum und vorhandene Verkrustungen
werden durch die erzeugten, geringen Mengen freier Kohlensäure im fließenden Wasser zusätzlich abgebaut.Method 3), on the other hand, does not require any chemicals, does not require an open piping system and treats the water in a purely physical manner. High water temperatures hardly affect the effect and existing encrustations are additionally degraded by the generated, small amounts of free carbon dioxide in the flowing water.
Aus der EP-A-O 357 102 ist ein gemäß Methode 3) arbeitendes Gerät zur Behandlung von Flüssigkeiten bekannt, das die Ablagerung von Calciumkarbonat und ähnlichen Bestandteilen verhindern soll. Das Gerät besteht aus in einiger Distanz zueinander um ein Rohr gewickelten Spulen, die ein elektromagnetisches Feld erzeugen. Dabei werden in Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit im Rohr Impulse gebildet, deren Amplitude und Frequenz zur Steuerung von zwei Magnetfeldern herangezogen werden. Die Magnetfeldlinien der erzeugten Magnetfelder sind einander entgegengerichtet mit dem Ergebnis, dass in der Trennebene der beiden Felder die magnetischen Feldlinien senkrecht zur Durchflussrichtung des Flüssigkeitsstroms angeordnet sind. Daher beeinträchtigen die Spulen gegenseitig ihr Feld.From EP-A-O 357 102 a device according to method 3) working for the treatment of liquids is known which is intended to prevent the deposition of calcium carbonate and similar components. The device consists of coils wound around a pipe at some distance from each other, which generate an electromagnetic field. In this case, depending on the flow velocity in the tube pulses are formed whose amplitude and frequency are used to control two magnetic fields. The magnetic field lines of the generated magnetic fields are opposite to each other with the result that in the parting plane of the two fields, the magnetic field lines are arranged perpendicular to the flow direction of the liquid flow. Therefore, the coils interfere with each other's field.
Hingegen ist aus der EP 0 460 248 B1 ein Verfahren zur Behandlung von Wasser mit einem elektromagnetischen Feld bekannt, bei dem über die Messstrecke eines Rohres beidends durch gewickelte Induktionsspulen je ein gleich zur Strömungsrichtung orientiertes Magnetfeld erzeugt wird, dessen Intensität durch Steuerung der Frequenz von Impulsen, die mit einem Generator erzeugt werden, einstellbar ist. Hier verstärken sich die erzeugten Felder. Die Wirksamkeit dieses Verfahrens ist von der staatlichen Prüfstelle des ÖVGW nach der Prüfrichtlinie W 35 überprüft und in einem Gutachten bestätigt worden. Der Wirkungsgrad beträgt mehr als 90 %.On the other hand, EP 0 460 248 B1 discloses a process for treating water with an electromagnetic field, in which a magnetic field orientated in the same direction to the flow direction is generated over the measuring path of a pipe at both ends by means of wound induction coils whose intensity is controlled by controlling the frequency of pulses , which can be generated with a generator, is adjustable. This is where the generated fields increase. The effectiveness of this procedure has been checked by the state inspection body of ÖVGW in accordance with test guideline W 35 and confirmed in an opinion. The efficiency is more than 90%.
Die Intensität wird durch jeweils einen Schalter mit zugeordnetem Potentiometer in Abhängigkeit der Wasserdurchgangsleistung und der Wasserhärte geregelt. Die sich ändernde Frequenz des Signals aus einem Rampengenerator wird mit der Frequenz des Signals aus einem Generator addiert und daraus ein frequenzgesteuertes Signal erzeugt, das zu dem Signal aus einem Spannungsstromwandler zu einem Endsignal addiert wird, welches eine Sammelfrequenz darstellt. Die Sammelfrequenz wird durch den Niederfrequenzverstärker gewandelt und über einen Ausgang bzw. einen Verteiler beidends über die Länge der Messstrecke der genannten Vorrichtung auf begrenzende, wirkungsgleichgerichtete Windungen gegeben, sodass deren elektromagnetisches Feld das durchfließende Wasser in Abhängigkeit der Einstellung der o. g. Schalter verändert.
Der Härtegrad des Wassers ist jedoch abhängig vom Ursprung des Wassers und kann versorgerbedingt variieren. Der Verbrauch unterliegt häufig gleichfalls starken Schwankungen. Daher müssen Anlagen dieses Typs vorsorglich mit erhöhter Leistung betrieben werden, um einer Schwankung der Wasserhärte sowie kurzfristigen Lastspitzen Rechnung zu tragen. Alternativ muss eine solche Anlage mit aufwendiger Regelelektronik und ionenselektiven Sensoren nachgerüstet werden, um die momentane Wasserhärte exakt zu bestimmen und die Leistung des Systems anzupassen.The intensity is controlled by a switch with associated potentiometer depending on the water throughput and the water hardness. The changing frequency of the signal from a ramp generator is added to the frequency of the signal from a generator and used to generate a frequency controlled signal which is added to the signal from a voltage to current converter to an end signal representing a sampling frequency. The collection frequency is converted by the low-frequency amplifier and given at both ends over the length of the measuring section of the device mentioned limiting, effect rectified windings via an output or a distributor, so that their electromagnetic field changes the water flowing through in dependence on the setting of the above switch. The hardness of the water, however, depends on the origin of the water and may vary due to the supply. Consumption is often also subject to strong fluctuations. As a precaution, systems of this type must therefore be operated at increased power to account for variations in water hardness and short-term peak loads. Alternatively, such a system must be retrofitted with complex control electronics and ion-selective sensors to accurately determine the current water hardness and adjust the performance of the system.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung - im Folgenden auch als CaIc Tech Gerät bezeichnet - zur Behandlung von Wasser mit elektromagnetischen Feldern bereitzustellen, die den angestrebten Effekt bei situationsabhängig angepasstem Energieverbrauch ohne aufwendige Mess- und Regelelektronik zugänglich macht.Object of the present invention is therefore to provide a method and an apparatus - hereinafter also referred to as CaIc Tech device - to provide for the treatment of water with electromagnetic fields, which makes the desired effect in situation-adjusted energy consumption without complex measurement and control electronics accessible.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, sowie den Ausführungsbeispielen der nachfolgenden Beschreibung.According to the invention, this object is achieved by the features specified in patent claim 1. Further advantages of the device according to the invention will become apparent from the dependent claims, as well as the embodiments of the following description.
Bei der Behandlung von Leitungswasser mit Hilfe von gepulst betriebenen Induktionsspulen kommen sehr unterschiedliche Faktoren zum tragen: a) momentaner Verbrauch b) Härtegrad des Wassers c) zusätzliche Verunreinigungen im Wasser d) Anzahl der Pulse e) Puls-Charakteristik. Während der momentane Wasserverbrauch mit Hilfe eines Flussmessers einfach bestimmt werden kann, ist der Härtegrad des Wassers sowie die Konzentration an weiteren Verunreinigungen wie z. B. Mangan oder Eisen starken Schwankungen unterworfen. Die Anzahl der Pulse pro Zeiteinheit ist der Intensität der Behandlung bzw. des Feldes proportional und erlaubt die Kontrolle der Gesamtleistung. Diese musste in der Vergangenheit vorsorglich etwas höher als benötigt eingestellt werden, um Schwankungen der Wasserqualität bezüglich der Punkte b) und c) abzufangen.
Umfangreiche Langzeittests führten zu folgendem, überraschendem Ergebnis: Die Effizienz der Anlage wird wesentlich durch e), also die Art der erzeugten Pulse, hierbei hauptsächlich durch den Spannungsgradienten des über die Anschlüsse auf die Induktionsspulen gegebenen Signals in Abhängigkeit der Zeit, beeinflusst. Während sinusförmige Spannungswechsel mit Frequenzen im Hertz-Bereich kaum eine Veränderung des Wassers bewirkten, zeigte sich ein sprunghafter Anstieg der Konzentration an mikrofeinen Kalkpartikeln, wenn die Zeitdomäne des Spannungspulses im Bereich von Mikrosekunden lag. Veränderungen der Wasserqualität konnten bei geringer Fließgeschwindigkeit bereits mit 70 Hz Pulsfrequenz und einem Gradienten um 20 Volt bis hin zu 300 Volt pro Mikrosekunde festgestellt werden. Gute bis sehr gute Ergebnisse ergaben sich mit 80 Volt bis 232 Volt pro Sekunde. Als guter Richtwert konnte 90 Volt bis 110 Volt Spannungsdifferenz pro Mikrosekunde identifiziert werden. Pulse mit dieser Pulscharakteristik zeigten bei reiner Variation der Pulsfrequenz in Abhängigkeit der Wasserdurchgangsleistung eine trotz schwankender Wasserhärte konstante Wirksamkeit bei reduziertem Energieverbrauch.In the treatment of tap water with the help of pulsed induction coils very different factors come into play: a) current consumption b) degree of hardness of the water c) additional impurities in the water d) number of pulses e) pulse characteristic. While the current water consumption with the help of a flow meter can be easily determined, the degree of hardness of the water and the concentration of other impurities such. B. manganese or iron subjected to strong fluctuations. The number of pulses per unit time is proportional to the intensity of the treatment or the field and allows the control of the total power. As a precautionary measure, this had to be set slightly higher than required in order to compensate for fluctuations in the water quality with regard to points b) and c). Extensive long-term tests led to the following surprising result: The efficiency of the system is significantly influenced by e), ie the type of pulses generated, in this case mainly by the voltage gradient of the signal applied via the terminals to the induction coils as a function of time. While sinusoidal voltage changes with frequencies in the Hertz range caused little change in the water, a sharp increase in the concentration of microfine lime particles was observed when the time domain of the voltage pulse was in the range of microseconds. Changes in water quality could be detected at a low flow rate already at 70 Hz pulse rate and a gradient of 20 volts up to 300 volts per microsecond. Good to very good results were obtained with 80 volts to 232 volts per second. As a good guideline, 90 volts to 110 volts voltage difference per microsecond could be identified. Pulse with this pulse characteristic showed a pure variation of the pulse rate as a function of the water passage capacity despite a fluctuating water hardness constant effectiveness with reduced energy consumption.
Daher kann bei geeigneter Einstellung der Pulscharakteristik auf eine aufwendige Regeleinrichtung zur Kontrolle sowie Berücksichtigung der Wasserhärte verzichtet werden. Durch Integration der sonstigen, benötigten Bauteile zur Signalerzeugung in einem Schaltkreis, also einem IC 2, kann eine vereinfachte, weniger störanfällige Vorrichtung mit höherer Effizienz und geringerem Platzbedarf bereitgestellt werden.Therefore, with a suitable adjustment of the pulse characteristic can be dispensed with a complex control device for controlling and taking into account the water hardness. By integrating the other required components for signal generation in a circuit, ie an IC 2, a simplified, less susceptible to interference device can be provided with higher efficiency and smaller footprint.
Diese erfindungsgemäße Vorrichtung, das CaIc Tech Gerät, stellt somit bei geringerem Energieverbrauch und vereinfachter, weniger störanfälliger Bauweise die angestrebte Wirkung bereit: Das CaIc Tech Gerät beeinflusst die im Wasser befindlichen Kalkmoleküle und bekämpft die beim Erhitzen entstehenden Verkrustungen in Boilern, Heizkesseln, Wasch- und Spülmaschinen, Kaffeemaschinen, Rohrleitungen, Armaturen usw. Darüber hinaus wird das durch das CaIc Tech Gerät behandelte Wasser stabilisiert und spült die sich trennenden Verkrustungen mit dem Wasserfluss aus, ohne die Qualität des Wassers zu verändern. Die Realisierung erfolgt durch eine automatische Steuerung der Intensität der Taktsignale zur Kalkwasserbehandlung. Im Gegensatz zur chemischen Behandlung wird das Wasser nicht enthärtet, es werden keine Mineralien entzogen, es werden keine Chemikalien zugesetzt, die Qualität und
die Härte des Wasser bleiben erhalten. Bei unbehandeltem Wasser haben die Kalkkristalle (Calciumkarbonat CaCO3) eine Größe von ca. 150 μm und eine nadeiförmige Struktur. Durch die nadeiförmige Struktur haben diese Kristalle eine sehr hohe Haftfähigkeit (Verfilzen). Die Kalkkristalle, die nach der erfindungsgemäßen Behandlung entstehen, haben eine mikrofeine Pulverstruktur mit Teilchengrößen um 20 μm und weniger. Sie können sich nicht mehr untereinander verklammern und haften deshalb nicht mehr an Oberflächen von Rohren, Heizstäben usw. Die mikrofeinen Kalkkristalle bleiben als wertvoller Bestandteil erhalten und werden vom fließenden Wasser ausgetragen.This device according to the invention, the CaIc Tech device, thus provides the desired effect with less energy consumption and simplified, less susceptible to failure construction: The CaIc Tech device affects the lime molecules in the water and combats the encrustations that form on heating in boilers, boilers, washing and Dishwashers, coffee machines, piping, fittings, etc. In addition, the water treated by the CaIc Tech unit is stabilized and flushes the segregated incrustations with the water flow, without changing the quality of the water. The realization takes place by an automatic control of the intensity of the clock signals for lime water treatment. In contrast to the chemical treatment, the water is not softened, no minerals are removed, no chemicals are added, the quality and the hardness of the water is retained. In untreated water, the calcium crystals (calcium carbonate CaCO 3 ) have a size of about 150 microns and a needle-shaped structure. Due to the needle-shaped structure, these crystals have a very high adhesion (felting). The lime crystals which are formed after the treatment according to the invention have a microfine powder structure with particle sizes of about 20 μm and less. They can no longer cling to each other and therefore no longer adhere to the surfaces of pipes, heating rods, etc. The microfine lime crystals are retained as a valuable component and are discharged from the flowing water.
Zur Erläuterung der verschiedenen nicht begrenzenden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung dienen die in den Fig. 1 - 6 wiedergegebenen Prinzipbilder.To explain the various non-limiting embodiments of the device according to the invention are shown in FIGS. 1-6 reproduced schematic pictures.
Es zeigen:Show it:
Fig. 1 Einstellung des VD-Wertes für konstante Wasserdurchgangsleistungen Fig. 2 Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Aufbaus einer ein Magnetfeld mit wechselnder Frequenz und Polarität erzeugenden Schaltung Fig. 3 Montagebeispiel für eine Boilerbeheizung mit Insel-Lösung Fig. 4 Montagebeispiel für eine Zentralbeheizung mit Boiler Fig. 5 Kühlkreislauf mit Kaltwasserbehandlung Fig. 6 Kühlkreislauf mit Kalt-Λ/VarmwasserbehandlungFIG. 2 shows a block diagram of the construction according to the invention of a circuit generating a magnetic field of alternating frequency and polarity FIG. 3 Installation example for boiler heating with island solution FIG. 4 Installation example for central heating with boiler FIG. 5 Cooling circuit with cold water treatment Fig. 6 Cooling circuit with cold / warm water treatment
Bei Wasserleitungssystemen mit konstant niedrigem Wasserverbrauch wie z. B. Trinkwasserspringbrunnen kann eine sehr einfache Ausführungsform des CaIc Tech Gerätes mit einer Spule verwendet werden, welche nur eine fest eingestellte Pulsfrequenz vorsieht. Auch diese Ausführungsform sieht eine weitere Anpassung an die nutzerseitig gegebenen Bedingungen mit Hilfe eines Potentiometers 7 (sog. VD- Wert) vor. Das Diagramm für die Einstellung zeigt Fig. 1.
VD-Einstellung:In water supply systems with constant low water consumption such. B. Trinkwasserspringbrunnen a very simple embodiment of CaIc Tech device can be used with a coil, which provides only a fixed pulse rate. This embodiment also provides for a further adaptation to the conditions given by the user with the aid of a potentiometer 7 (so-called VD value). The diagram for the adjustment is shown in FIG. 1. VD-setting:
Ermittlung des Einstellwertes:Determination of the setting value:
- Ermitteln Sie den Wasserverbrauch.- Determine the water consumption.
- Ermitteln Sie den Rohrdurchmesser. - Ziehen Sie eine senkrechte Linie von der Verbrauchsskala zu der dem- Determine the pipe diameter. - Drag a vertical line from the consumption scale to the
Rohrdurchmesser entsprechenden diagonalen Linie.Pipe diameter corresponding diagonal line.
- Vom Schnittpunkt aus ziehen Sie nun eine waagerechte Linie auf die VD- Skala.- From the point of intersection, draw a horizontal line on the VD scale.
- Der Kreuzpunkt ist Ihr VD-Einstellwert.- The cross point is your VD set value.
Der VD-Wert stellt somit einen Regelparameter dar, welcher Rohrdurchmesser, mittleren Wasserverbrauch und die Anzahl der Wicklungen der Induktionsspulen auf dem wasserführenden Rohr berücksichtigt. Dadurch kann die Vorrichtung auf verschiedene Rohr- und Leitungssysteme individuell eingestellt werden.The VD value thus represents a control parameter which takes into account pipe diameter, average water consumption and the number of windings of the induction coils on the water-carrying pipe. As a result, the device can be individually adjusted to different pipe and pipe systems.
Der Feldlinienverlauf kann durch die Anzahl der entlang der Messtrecke des Rohres (15) angeordneten Spulen variiert werden. So arbeiten die meisten CaIc Tech Geräte mit 2 einige aber auch mit 4 und in größeren Leitungssystemen mit langen Rohrstrecken sogar mit 6 bis hin zu 8 Induktionsspulen.The field line profile can be varied by the number of coils arranged along the measuring path of the tube (15). Thus, most CaIc Tech devices work with 2 but also 4, and in larger piping systems with long pipe runs, even 6 to 8 induction coils.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird durch die beigefügte schematische Darstellung eines Blockdiagramms gemäß Fig. 2 näher erläutert. Der integrierte Schaltkreis (IC) 2 ist an eine 12 V Gleichspannungsquelle angeschlossen. Er umfasst einen spannungsabhängigen Generator 3, einen Rampengenerator 4 sowie einen Scanner 6 zur Frequenzvorgabe. Der Frequenzbereich des Scanners wird wahlweise über ein fest eingestelltes Potentiometer 7 oder einen im Leitungssystem angebrachten Durchflussmesser 8 variiert. Das frequenzgesteuerte Summensignal aus Generator und Rampengenerator wird unter Steuerung der Pulszahl über einen Zählerbaustein 5 mit Hilfe eine Transistorbrückenschaltung in ein Gegentaktsignal umgewandelt und über einen Strom-Spannungs-Wandler 11 mit angeschlossenem Leistungsnetzteil 12 in ein Wechselstromsignal umgeformt. Dieses alternierende Signal wird über eine Verstärkerstufe 13 und eine Verteilerstufe 14 auf die Induktionsspulen 16 gelegt, welche
beidends der Messstrecke am Rohr 15 jeweils ein gleichsinnig zur Flussrichtung des Wassers orientiertes Feld erzeugen. Die Spannungskurve 17 in Abhängigkeit der Zeit ist hier als Trapezspannung ausgeführt, wobei die Steigung a im Betrag mit Hilfe der Steuerlogik des IC in Wechselwirkung mit der VD-Einstellung und dem Signal des Potentiometers 7 oder Flussmessers 8 stets im erfindungsgemäßen Bereich gehalten wird. Des Weiteren umfasst die Steuerelektronik des CaIc Tech Gerätes noch eine interne sowie eine externe Fehlererkennung.The device according to the invention is explained in more detail by the attached schematic representation of a block diagram according to FIG. The integrated circuit (IC) 2 is connected to a 12 V DC power source. It comprises a voltage-dependent generator 3, a ramp generator 4 and a scanner 6 for frequency specification. The frequency range of the scanner is optionally varied via a fixed potentiometer 7 or attached in the line system flow meter 8. The frequency-controlled sum signal from generator and ramp generator is converted under control of the pulse number via a counter module 5 by means of a transistor bridge circuit in a push-pull signal and converted via a current-voltage converter 11 with connected power supply 12 into an alternating current signal. This alternating signal is applied via an amplifier stage 13 and a distributor stage 14 to the induction coils 16, which generate a field oriented in the same direction with respect to the direction of flow of the water at both ends of the tube 15. The voltage curve 17 as a function of time is designed here as a trapezoidal voltage, wherein the slope a in the amount by means of the control logic of the IC in interaction with the VD setting and the signal of the potentiometer 7 or flow meter 8 is always kept within the range according to the invention. Furthermore, the electronic control unit of the CaIc Tech device also includes internal and external fault detection.
In einer vereinfachten Ausführungsform für Leitungssysteme mit geringem, konstantem Durchlauf kann der IC 2 fest mit einem Potentiometer 7 verdrahtet werden und die Signal- und Pulsveränderung der Baugruppen 10 bis 13 entfällt. Das Signal wird hier über die Transistorbrückenschaltung 9 in eine Wechselspannung mit erfindungsgemäß steilen Flanken umgewandelt. Bei etwas höherem Wasserverbrauch wird ein Leistungsnetzteil 12 für die Ausgangstreiber in Form von Gleichspannung eingesetzt. Alternativ kann in einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Transistorbrückenschaltung 9 aus einer Gleichspannung direkt ein Gegentaktsignal erzeugt werden.In a simplified embodiment for low-constant-passage piping systems, the IC 2 can be permanently wired to a potentiometer 7 and the signal and pulse variation of the modules 10 to 13 can be eliminated. The signal is converted here via the transistor bridge circuit 9 into an alternating voltage with steep flanks according to the invention. With slightly higher water consumption, a power supply 12 is used for the output drivers in the form of DC voltage. Alternatively, in a further embodiment of the device according to the invention in the transistor bridge circuit 9 directly from a DC voltage a push-pull signal can be generated.
In einer vielseitigeren Ausführungsform umfasst das CaIc Tech Gerät mehrere, synchron ansteuerbare Baugruppen zur Signalverstärkung (11 , 12 und 13). Dies erlaubt das kurzfristige Anpassen der Gesamtleistung an Leitungssysteme mit stark schwankenden Anforderungen wie z. B. im Technikumsbereich. Leistungen von 2 Watt bis hin zu mehreren Kilo Watt können so in Stufen bereitgestellt werden (entspricht Dauerwechselströmen von 0,1 A über 10 A bis hin zu mehren hundert Ampere). Sämtlichen Schaltungen haben gemeinsam, dass sie Pulse erzeugen, deren Spannungsveränderung im Betrag in Abhängigkeit der Zeit mindestens um 20 Volt pro Mikrosekunde bis hin zu 1 kVolt pro Mikrosekunde liegen. Die Signalform bzw. der zeitliche Verlauf der Spannung insgesamt ist dabei durch die einzelnen Baugruppen bedingt (z. B. Rechteckspannung, Sägezahnspannung, Trapezspannung mit steiler Flanke und mit oder ohne Übersteuerungssignalen durch Umschalten oder höhere harmonische Frequenzen usf.). In einer weiteren vielseitigen Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung digital ansteuerbare Wechsel- und Frequenzumrichter in Kombination mit Frequenzfiltern. Dies ermöglicht das kontrollierte Einstellen des zeitlichen Spannungsverlaufs, der Amplitude des Pulses, der Stromspannungscharakteristik
sowie das Bereinigen des Signals, um leistungsmindernde Induktionen und höhere harmonische Schwingungen bzw. Wechselwirkungen mit von Außen einwirkenden Feldern zu vermeiden. So können Umschaltstromspitzen von 200 A bis hin zu mehreren kA gefiltert bzw. ausgesteuert werden.In a more versatile embodiment, the CaIc Tech device comprises a plurality of signal amplification modules (11, 12 and 13) which can be controlled synchronously. This allows the short-term adaptation of the overall performance of piping systems with highly fluctuating requirements such. B. in the pilot plant area. Power levels from 2 watts to several kilowatts can be provided in stages (equivalent to continuous alternating currents of 0.1 A to 10 A to several hundred amperes). All circuits have in common that they produce pulses whose voltage variation in magnitude as a function of time is at least 20 volts per microsecond up to 1 kVolt per microsecond. The signal shape or the time profile of the total voltage is determined by the individual modules (eg rectangular voltage, sawtooth voltage, trapezoid voltage with steep edge and with or without overdrive signals by switching or higher harmonic frequencies, etc.). In a further versatile embodiment, the device according to the invention comprises digitally controllable AC and frequency converters in combination with frequency filters. This allows the controlled setting of the temporal voltage profile, the amplitude of the pulse, the current voltage characteristic and clearing the signal to avoid power-reducing inductions and higher harmonic oscillations or interactions with externally applied fields. Switching current peaks from 200 A up to several kA can be filtered or controlled.
Weitere Montagebeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in Fig. 3 und 4 veranschaulicht. Während in Figur 3 das Flussbild mehrerer Verbraucher wiedergegeben wird, von denen ein Verbraucher separat einen Boiler verwendet, die sämtlich mit erfindungsgemäß behandeltem Wasser versorgt werden, wird in Fig. 4 ein größeres Leitungsnetz mit integriertem Boiler und einem zusätzlich, separat für den Boiler arbeitendes CaIc Tech Gerät veranschaulicht. Das Wirkprinzip des an einen Durchflussmesser angeschlossenen CaIc Tech Gerätes ist dabei identisch. Auf die Induktionsspulen wird ein Wechselstromsignal gegeben. Die in der Steuerelektronik integrierten Generatoren erzeugen den erfindungsgemäßen Puls und variieren permanent die Ausgangsfrequenz so, dass bei jedem Sweepzyklus zweimal die der jeweiligen Wasserfließgeschwindigkeit entsprechende Frequenz an den Induktoren ansteht. Das Signal des Generators ist abschnittsweise in einzelne Glieder faltbar und damit kann die Projektion der Glieder auf die gefaltete Länge einen Regelbereich für die Einwirkung liefern. Dies Ausbildung ermöglicht durch engere oder weitere Faltung eine Anpassung an die gewünschte Frequenz. Die Leistung der Generatoren und die Leistung der Spannungssysteme werden derart zusammengeführt, dass die Intensität der Generatoren gemeinsam über einen Treiber, zum Ausgang, und zu den beidends vorgesehenen Spulen führen, wobei die Magnetlinien gleichgerichtet sind. Es ist weiter vorgesehen, dass durch die beidendig angeordneten Spulen ein in Abhängigkeit der Durchflussmenge modifizierter Wechselstrom mit einer von 0 bis 10 kHz, vorzugsweise 10 Hz bis 6 kHz reichenden Frequenz fließt. So wurden bei einer Fließgeschwindigkeit von 0,1 m/s in einer normalen Hauswasserleitung (Durchmesser 2,54 cm) mit bereits 50 Pulsen pro Sekunde gute Ergebnisse erzielt. Das Leistungsoptimum relativ zum Energieaufwand konnte unabhängig von der Härte ab etwa 70 Pulsen erzielt werden. Höhere Intensitäten wie 100 bis 150 Pulse pro Sekunde erhöhen die Wirksamkeit nur noch unwesentlich. Die optional mit Durchflussmessern verbundene Regelelektronik in dem CaIc Tech Gerät sorgt dafür, dass bei
unterschiedlichen Wasserfließgeschwindigkeiten die Behandlung des Wassers an den Wasserdurchsatz angepasst wird.Further mounting examples of the device according to the invention are illustrated in FIGS. 3 and 4. While the flow chart of several consumers is reproduced in FIG. 3, of which one consumer uses a boiler separately, all of which are supplied with water treated according to the invention, FIG. 4 shows a larger pipeline network with an integrated boiler and an additional caIc operating separately for the boiler Tech device illustrated. The operating principle of the CaIc Tech device connected to a flow meter is identical. On the induction coils, an AC signal is given. The integrated in the control electronics generators generate the pulse according to the invention and permanently vary the output frequency so that at each sweep cycle the respective frequency corresponding to the respective water flow rate is applied twice to the inductors. The signal of the generator can be folded in sections into individual links and thus the projection of the links on the folded length can provide a control range for the action. This training allows tighter or more folding to adapt to the desired frequency. The power of the generators and the power of the voltage systems are combined in such a way that the intensity of the generators together via a driver, to the output, and lead to the coils provided at both ends, the magnetic lines are rectified. It is further provided that flows through the coils arranged at both ends a modified depending on the flow rate alternating current with a range of 0 to 10 kHz, preferably 10 Hz to 6 kHz reaching frequency. So at a flow rate of 0.1 m / s in a normal domestic water pipe (diameter 2.54 cm) with 50 pulses per second were achieved good results. The performance optimum relative to the energy expenditure could be achieved regardless of the hardness from about 70 pulses. Higher intensities such as 100 to 150 pulses per second increase the effectiveness only insignificantly. The control electronics in the CaIc Tech device, which are optionally connected with flowmeters, ensure that different water flow rates, the treatment of water is adjusted to the water flow rate.
Des weiteren eignet sich das erfindungsgemäße CaIc Tech Gerät auch zur Behandlung von Kühlwasser. Zwei Ausführungsbeispiele sind in Fig. 5 und 6 dargestellt.Furthermore, the CaIc Tech device according to the invention is also suitable for the treatment of cooling water. Two embodiments are shown in FIGS. 5 and 6.
Eingebaut werden in die Kühlwasserkreisläufe folgende erfindungsgemäß ausgebildete CaIc Tech Geräte:The following CaIc Tech devices designed according to the invention are installed in the cooling water circuits:
- Kondensatorkreislauf: Kondensatorleistung 1700 kW Wassermenge 140 m/h- Condenser circuit: Condenser capacity 1700 kW Water volume 140 m / h
Benötigt: 1 CaIc Tech GerätRequires: 1 CaIc Tech device
(35 W Leistung, 1 Hz bis 10 kHz, Potentiometer)(35 W power, 1 Hz to 10 kHz, potentiometer)
- Ölkühlerkreislauf: Ölkühlerleistung 255 kW Wassermenge 33 m/h- Oil cooler circuit: oil cooler capacity 255 kW water volume 33 m / h
Benötigt: 1 CaIc Tech GerätRequires: 1 CaIc Tech device
(10 Watt Leistung, 0 Hz bis 6 kHz, Potentiometer)(10 watts power, 0 Hz to 6 kHz, potentiometer)
- Frischwasserkreislauf: Trink- / Brauchwasserbrunnen Wassermenge 5 m/h (mehrere Ausläufe)- Fresh water cycle: Drinking water / Domestic hot water amount of water 5 m / h (several outlets)
Benötigt: 1 CaIc Tech Gerät (5 Watt Leistung, 0 Hz bis 6 kHz, Potentiometer)Requires: 1 CaIc Tech device (5 watts power, 0 Hz to 6 kHz, potentiometer)
Über die Potentiometereinstellungen wird die Pulsfrequenzbegrenzung festgelegt. Da es sich um konstante Abnahmemengen handelt, sind Durchflussmesser nicht nötig.The potentiometer settings are used to set the pulse rate limit. Since these are constant purchase quantities, flow meters are not necessary.
Durch den Einsatz des optimierten CaIc Tech Gerätes wird bei geringerem Energieverbrauch und Konstruktionsaufwand effektiv verhindert, dass sich an den heißen Rohroberflächen der Verdunstungskondensatoren und den Ölkühlern der Schraubenverdichter-Aggregate Kalk absetzt, und es damit zu einer Leistungsminderung kommt.By using the optimized CaIc Tech device with lower energy consumption and design effort it is effectively prevented that limescale settles on the hot tube surfaces of the evaporation condensers and the oil coolers of the screw compressor aggregates, which leads to a reduction in performance.
Entsprechend dem Aufbau des Wasserkreislaufes setzt sich der Kalk im Wasserzwischenbehälter ab und kann über ein Entleerungsventil abgelassen werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäß arbeitende CaIc Tech Gerät erzeugt bei geringerem Energieverbrauch und einfacherer, weniger störanfälliger Bauweise im Wasser alternierende, elektromagnetische Felder mit variierender Frequenz, die mikrofeine Kalkkristalle verursachen, wodurch verhindert wird, dass größere Kalkkristalle entstehen. Die mikrofeinen Kristalle haben keine Haftfähigkeit, sie werden von dem Wasser ausgespült. Das CaIc Tech Gerät passt sich permanent an die Impulse, so dass auch bei langsam fließendem Wasser eine optimale Wirkung erreicht wird.According to the structure of the water cycle, the lime settles in the intermediate water tank and can be drained via a drain valve. The method according to the invention and the CaIc Tech device operating according to the invention generate alternating, alternating frequency electromagnetic fields of varying energy consumption and simpler, less susceptible construction in the water, causing microfine lime crystals, thereby preventing larger lime crystals from forming. The microfine crystals have no adhesiveness, they are rinsed by the water. The CaIc Tech device adapts permanently to the impulses, so that even with slowly flowing water an optimal effect is achieved.
Zusammenfassend betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Wasser mit einem gepulsten, elektromagnetischen Feld, bei dem über eine Strecke des wasserführenden Rohres 15 beidends über Induktionsspulen 16 ein Magnetfeld erzeugt wird, dessen Intensität durch Steuerung der Frequenz von Impulsen einstellbar ist, die in einem integrierten Schaltkreis IC 2 erzeugt werden. Die Intensität wird durch Begrenzen der Frequenz mit einem Durchflussmesser 8 in Abhängigkeit der Wasserdurchgangsleistung oder über ein fest einstellbares Potentiometer 7 in Abhängigkeit des mittleren WasserverbrauchsIn summary, the present invention relates to a method and an apparatus for treating water with a pulsed electromagnetic field in which a magnetic field is generated over a distance of the water-carrying pipe 15 at the same time via induction coils 16, whose intensity is controlled by controlling the frequency of pulses is adjustable, which are generated in an integrated circuit IC 2. The intensity is determined by limiting the frequency with a flow meter 8 as a function of the water throughput or via a permanently adjustable potentiometer 7 as a function of the average water consumption
- und des Rohrdurchmessers geregelt, wobei die sich ändernde Frequenz des in dem IC- And the tube diameter regulated, with the changing frequency of the in the IC
2 gebildeten Summensignals, erzeugt aus dem Signal eines Rampengenerators 4, dessen Frequenz von einem Scanner 6 über einen Zählerbaustein 5 variiert wird, und dem Signal eines spannungsabhängigen Generators 3, ein frequenzgesteuertes erstes Signal darstellt, das über eine Transistorbrückenschaltung 9 und einen Gegentaktverstärker 10 umgeformt und anschließend wiederum zu einem Signal aus einem Spannungsstromwandler 11 mit angeschlossenem Leistungsnetzteil 12 addiert wird. Das erstellte Signal wird auf den Eingang einer Verstärkerstufe 13 gegeben und von dort aus als Wechselspannung, die hier als „Gegentaktspannung" genutzt wird, auf die wirkungsgleichgerichteten Windungen der Induktionsspulen 16 gelegt, deren elektromagnetisches Feld sich mit den physikalischen Eigenschaften der durchfließenden Frequenz ändert, wobei die zeitliche Änderung der Spannung pro Puls mindestens 20 Volt pro Mikrosekunde beträgt. Der Begriff „Gegentaktspannung" soll zum Ausdruck bringen, dass eine Umpolung des Vorzeichens (wie bei einer Wechselspannung) erfolgt.
Bezugszeichenliste2 formed sum signal, generated from the signal of a ramp generator 4, the frequency of which is varied by a scanner 6 via a counter module 5, and the signal of a voltage-dependent generator 3, a frequency-controlled first signal formed over a transistor bridge circuit 9 and a push-pull amplifier 10 and subsequently in turn to a signal from a voltage current transformer 11 with connected power supply 12 is added. The generated signal is applied to the input of an amplifier stage 13 and from there as AC voltage, which is used here as a "push-pull voltage", placed on the effect rectified windings of the induction coil 16 whose electromagnetic field changes with the physical properties of the frequency flowing through, the time change of the voltage per pulse is at least 20 volts per microsecond. The term "push-pull voltage" is intended to express that a polarity reversal of the sign occurs (as with an alternating voltage). LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 ) 12 V Stromversorgung1) 12V power supply
2) IC mit Steuerlogik2) IC with control logic
3) Spannungsgesteuerter Generator 4) Rampengenerator3) Voltage controlled generator 4) Ramp generator
5) Zählerbaustein5) Counter module
6) Scanner6) Scanner
7) Potentiometer7) Potentiometer
8) Durchflussmesser 9) Transistorbrückenschaltung8) flow meter 9) transistor bridge circuit
10) Gegentaktverstärker10) push-pull amplifier
11) Spannungs-Stromwandler11) Voltage current transformer
12) Leistungsnetzteil12) Power supply
13) Verstärkerstufe 14) Verteilerstufe für die Induktoren13) Amplifier stage 14) Distributor stage for the inductors
15) Rohr15) pipe
16) Induktionsspulen16) Induction coils
17) U-t-Diagramm mit Kennwert a
17) U-t diagram with characteristic value a