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Dokumentenidentifikation DE202005009917U1 15.12.2005
Titel Magnetitabscheider
Anmelder Leye, Wolfgang, Dr., 09326 Geringswalde, DE
Vertreter Nenning, P., Dipl.-Chem.Dr.rer.nat.Dipl.-Jur.Dr.jur., Pat.-Anw., 04319 Leipzig
DE-Aktenzeichen 202005009917
Date of advertisement in the Patentblatt (Patent Gazette) 15.12.2005
Registration date 10.11.2005
Application date from patent application 24.06.2005
IPC-Hauptklasse F22B 37/48

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Magnetitabscheider, der bevorzugt zum Entfernen feinster Magnetitpartikel aus dem Probenwasser eines Wasser-Dampf-Kreislaufes eingesetzt werden kann. Seine überzeugende Anwendung findet der erfindungsgegenständliche Magnetitabscheider MA 10 in erster Linie im Wasser-Dampf-Kreislauf von Heizkraftwerken.

Magnetit ist chemisch Fe3O4, kommt in der Natur als Erz vor und ist an sich ein schwarzes, magnetisches, elektrizitätsleitendes Pulver. In einen Wasser-Dampf-Kreislauf gelangt Magnetit von den Rohrinnenwänden in die Umlaufflüssigkeit und wird vom Medium mitgeführt.

Beläge in Kesselanlagen, die auf hohe Eisenoxidschichten zurückzuführen sind, werden durch den ungleichmäßigen Aufbau einer Magnetitschicht abgelöst. Die lockeren Magnetitkristalle brechen an der Oberfläche ab und sedimentieren in einen Abschlammsammler oder an anderer Stelle im System und können leicht zu Schäden an den hochsensiblen Analysegeräten führen.

Diese Situation hat sich in den letzten Jahren verschärft.

Das erklärt sich daraus, dass Energiesparmaßnahmen und die Verringerung der Volumen von Kesselanlagen zur Entwicklung neuer Wärmeübertragungssysteme geführt haben. Bedingt durch den geringeren Querschnitt der Heizungsrohre werden immer geringere Mengen an Heizungswasser bei hohen Wiederholraten umgewälzt. Selbst bei Heizkörpern ist es mittlerweile Stand der Technik, bei geringerem Wasserinhalt höhere Wärmeleistungen zu nutzen. Solche Anlagen reagieren besonders empfindlich auf Schlammpartikel.

Aus verschiedenen Gründen und an unterschiedlichen Stellen tritt Luft und damit Sauerstoff in das an sich geschlossene Wasser-Dampf-Kreislaufsystem ein. Der Sauerstoff regiert mit den verarbeiteten Werkstoffen und es entsteht im Fall der üblichen Eisenleitungen Magnetit. Dieser Magnetit bildet sich als feiner schwarzer Schlamm und bewirkt, dass die Heizleistung abnimmt, Heizkörper blubbern, Thermostate nicht mehr regeln, weil dieser Schlamm die Mechanik blockiert. Oft fallen auch ganze Heizkreise durch Verschlammen aus. Leitfähigkeitsmessgeräte signalisieren Fehlinformationen, weil sich Magnetit zwischen die Messelektroden gesetzt hat und einen Kurzschluss zwischen den beiden Messelektroden verursache. Das tritt besonders häufig bei Messungen in demineralisiertem Wasser auf.

Es besteht also die Notwendigkeit, aus dem Wasser-Dampf-Kreislaufsystem insbesondere von Kesselanlagen gebildeten Magnetit abzutrennen, um die Funktionsfähigkeit der Anlage zu sichern und Kontroll- und Analysemessungen exakt durchführen zu können. Eine ähnliche Aufgabenstellung gilt für Hämatit.

Es ist bereits bekannt, in geschlossenen Systemen, insbesondere in Heizungsanlagen, Rückstände aus einem umlaufenden Medium zu entfernen. Um Magnetit abzuscheiden, wird von der Firma Wilhelm Köpp Zellkautschuk GmbH aus Aachen unter der Bezeichnung MSM-Adapter-Magnetfilter eine Vorrichtung angeboten, in welcher ein Magnetstab durchströmendes Heizungswasser auf magnetische Teilchen abgreift. Das einlaufende Wasser umströmt zuerst den Magnetstab und passiert anschließend von innen nach außen eine Edelstahlfilterkerze.

Nachteilig an dieser Vorrichtung ist die Begrenzung auf eine maximale Arbeitstemperatur von 90°C und einen Nenndruck von PN10.

Der ZV-Magnetfilter der genannten Firma ist derart ausgestaltet, dass er ein Innengewinde trägt und eine Filterkerze mit der Filterfeinheit 600 &mgr; zum Einsatz kommt. In diesem Fall beträgt die Temperaturbeständigkeit bis zu 200°C. Nachteilig ist die massive Gestaltung des Filters aus Rotguss, die eine Sichtkontrolle der Filterkerze und des Magnetstabes nicht erlaubt. Weiterhin hat Rotguss den Nachteil, sich in Spuren dem Medium mitzuteilen, das heißt zu korrodieren, was insbesondere bei pH-Werten > 9 zu einer merklichen Verfälschung von Messergebnissen führt.

DE 199 15 912 C2 beschreibt einen Wasserspeicher für Zentralheizungsanlagen, der im unteren Teil des Speicherbehälters einen Schmutzabscheider enthält, in den ein Magnetitabscheider eingebaut ist. DE 299 09 100 U1 kennzeichnet eine Rohrleitungsanordnung, bei welcher in ein Filter, bestehend aus einem Drahtgeflecht der Maschenweite 0,6 bis 1,0 mm, ein Magnetitabscheider integriert ist. DE 297 20 121 U1 stellt einen Magnetitabscheider vor, bei dem quer zur Strömungsrichtung ein Prallblech angeordnet ist und darüber hinaus der vorgesehene Magnetstab von außen entnehmbar ist, so dass bei einem Wechsel des Magneten das Wasser aus dem Behälter nicht abgelassen werden muß. Allerdings ist nichts darüber ausgesagt, was mit dem abgeschiedenen Magnetit wird, wenn der Magnet nicht mehr wirkt.

Diese vorgestellten technischen Lösungen sind ausgelegt für das Entfernen von Magnetit aus Wässern, die in einem Umlaufsystem kreisen und einen erheblichen Durchsatz pro Stunde zeigen. Sie sind nicht geeignet zur Analysevorbereitung von Wasser aus einem Wasser-Dampf-Kreislauf.

Den bisher vorgestellten technischen Lösungen – sowohl den großtechnischen als den analysevorbereitenden – ist der Nachteil eigen, dass der aus einer zu reinigenden Lösung abgeschiedene Magnetit am Permanentmagneten haftet und diesen mit der Zeit verschmutzt. Die Praxis zeigt, dass ein Reinigen der oder des Permanentmagneten schwierig ist, zeitaufwendig, die Separierung der Magneten erfordert und den Reinigungsprozess unterbricht.

Es ist die Aufgabe gestellt, einen Magnetitabscheider zu entwickeln, der in Verbindung mit einer mechanischen Reinigung des Mediums in einem Wasser-Dampf-Kreislauf zuverlässig die Abscheidung des Fe3O4 ermöglicht. Der Abscheider soll in seiner Funktion kontrollierbar sein und wartungsarm funktionieren. Sein Einsatzgebiet ist die Aufbereitung von Wasser im Vorfeld einer analytischen Untersuchung.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, den Permanentmagneten von dem abzuscheidenden Magnetit zu trennen und die abgeschiedenen Partikel einfach und unaufwendig zu entsorgen.

Die eingangs gestellte Aufgabe wird gelöst durch den Magnetitabscheider mit integriertem Permanentmagneten entsprechend den formulierten Ansprüchen.

Der erfindungsgemäße Magnetitabscheider MA 10 dient dem Entfernen feinster Magnetitpartikel aus dem Probenwasser des Wasser-Dampf-Kreislaufes vorzugsweise von Kesselanlagen. Im Zusammenhang mit einer vorherigen mechanischen Filterung wird gewährleistet, dass ein weitestgehend von Verunreinigungen befreiter Probenstrom an die Messsonden der Analysatoren geführt wird.

Seine Funktion wird anhand der 1 erläutert.

Über den Probeneintritt strömt das Probenwasser in den Abscheider. Das Zutrittsrohr bewirkt durch eine Querschnittsvergrößerung eine Verlangsamung und Homogenisierung des Probenstromes. Aus dem beruhigten Medium werden mittels eines am Boden des Abscheiders befindlichen starken Permanentmagneten die magnetischen Verschmutzungen entfernt. Die derart gereinigte Probe strömt zwischen Außenmantel und Innenrohr nach oben und fließt über den Probenaustritt ab. Sie kann jetzt problemlos einem Analysen- oder andersartigem Meßsystem zugeführt werden.

Der Magnetitabscheider ist in einer ersten Ausführungsform wie folgt aufgebaut.

Der Abscheider stellt einen Zylinder dar, der aus einem glasklaren Kunststoff besteht und an seinen beiden Enden Platten aus zum Beispiel Polypropylen trägt, die kreisrund deckelförmig ausgebildet sind. Die bezeichneten Platten sind Blindkappen mit einem Innengewinde, die auf den zylinderförmigen Körper, der seinerseits ein Außengewinde trägt, aufgeschraubt sind.

Die kreisrunde Bodenplatte aus Polypropylen (PP) nimmt einen Permanentmagneten mit eingedichteter Folie auf. Zweckmäßiger weise werden in der Blindkappe zwei Permanentmagnete übereinander angeordnet.

In einer drucklosen Ausführungsform der Erfindung wird zwischen Permanentmagneten und Lösung eine Folie angebracht, die aus einem Kunststoff akzeptabler Reißfestigkeit besteht, wie zum Beispiel Polyvinylchlorid, Teflon oder einem beliebigen anderen Kunststoff. Während des Magnetitabscheidungsprozesses sammeln sich die Fe3O4 Teilchen auf der Folie. Bei Bedarf wird die Folie entfernt und durch eine neue ersetzt. Damit entfällt die aufwendige Magnetreinigung.

Der Permanentmagnet bzw. die Permanentmagneten ist/sind austauschbar angeordnet.

Die Deckplatte des erfindungsgemäßen Magnetitabscheiders trägt ein Probeneintritts- und ein Probenaustrittsrohr sowie zwei Entlüftungsrohre, eines für das Innenvolumen und eines für den äußeren Bereich. Das Probeneintrittsrohr erweitert sich im Innenraum und endet kurz über dem Permanentmagneten. Die einzuhaltende Distanz wird durch die Art der Befestigung des Probeneintrittsrohres im oberen Teilstück bestimmt.

Der Vorteil dieser Ausführungsform mit glasklarem Zylinder besteht in der Kontrollmöglichkeit der Funktion des Magnetitabscheiders zu jeder Zeit.

In einer zweiten Ausführungsform besteht der Außenmantel aus Edelstahl. Derartige Magnetitabscheider sind druckbeaufschlagten Einsatzzwecke verwendbar, bei denen der Druck während des Abscheidungsvorganges nicht abgebaut werden soll.

In der druckbeaufschlagten Ausführungsform besteht die Trennfolie zwischen magnetithaltiger Lösung und Permanentmagneten aus einem druckfesten Material wie zum Beispiel V4A-Stahl der Stärke von etwa 1 mm.

Durchgeführte Versuche zeigen, dass 91,3 % des Magnetits aus der Lösung auf deiner Folie der beschriebenen Art abgeschieden werden.

Der erfindungsgemäße Magnetitabscheider wird anhand einer Abbildung näher erläutert.

Die Abbildung ist eine Zeichnung zum Aufbau des Magnetitabscheiders.

Der Magnetitabscheider wird über einen Bypass an ein Wasser-Dampf-Kreislaufsystem angeschlossen und in an sich bekannter Weise durch Absperrventile austauschbar gehalten.

1NdFeB - Magnet 2Edelstahlmembran 3Innenrohr 4Rohrerweiterung Winkel 18° 5Aussenmantel 6Entlüftungsbohrungen 7Entlüftung 8Blindmutter 9Medieneintritt 10Medienaustritt

Anspruch[de]
  1. Magnetitabscheider

    bestehend aus einem Zylinder

    der an einem Ende mit einem Überwurf lösbar verbunden ist,

    wobei im Überwurf ein oder mehrere starke Permanentmagnete untergebracht sind,

    und am anderen Ende einen zweiten Überwurf trägt,

    der mindestens drei Bohrungen aufweist,

    wobei die erste Bohrung ein Probeneintrittsrohr trägt,

    das bereits im oberen Drittel stark aufgeweitet ist

    und einen inneren Zylinder bildet

    mit definiertem Abstand zum die Permanentmagneten tragenden Überwurf

    und die zweite Bohrung ein Probenaustrittsrohr darstellt,

    das den inneren Zylinder ummantelt

    und die dritte Bohrung ein Entlüftungsrohr ist.
  2. Magnetitabscheider nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder aus glasklarem PVC besteht.
  3. Magnetitabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinder aus Edelstahl besteht.
  4. Magnetitabscheider nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zylinderdurchmesser etwa 100 mm beträgt, die Höhe des Zylinders etwa 250 mm.
  5. Magnetitabscheider nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwurf ein Innengewinde aufweist.
  6. Magnetitabscheider nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Überwurf jeweils sechs Einkerbungen aufweist.
  7. Magnetitabscheider nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Überwurf eine vierte Bohrung trägt.
  8. Magnetitabscheider nach Ansprüchen 1 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte und vierte Bohrung Entlüftungsrohre für den Innenbereich vor der Magnetitabscheidung und für den Außenbereich nach der Magnetitabscheidung darstellen.
  9. Magnetitabscheider nach den Ansprüchen 1 bis 8 zur analytischen Probenvorbereitung.
Es folgt ein Blatt Zeichnungen






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