EP1377381B1 - Hochgradienten-magnetfilter und verfahren zum abtrennen von schwach magnetisierbaren partikeln aus flüssigen medien - Google Patents

Hochgradienten-magnetfilter und verfahren zum abtrennen von schwach magnetisierbaren partikeln aus flüssigen medien Download PDF

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EP1377381B1
EP1377381B1 EP02727286A EP02727286A EP1377381B1 EP 1377381 B1 EP1377381 B1 EP 1377381B1 EP 02727286 A EP02727286 A EP 02727286A EP 02727286 A EP02727286 A EP 02727286A EP 1377381 B1 EP1377381 B1 EP 1377381B1
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EP
European Patent Office
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filter
gradient magnetic
medium
magnetic field
filter according
Prior art date
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EP02727286A
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English (en)
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EP1377381A1 (de
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Matthias Franzreb
Harald Leinen
Götz WARLITZ
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Steinert Elektromagnetbau GmbH
Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
Original Assignee
Steinert Elektromagnetbau GmbH
Forschungszentrum Karlsruhe GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
    • B03C1/025—High gradient magnetic separators
    • B03C1/031—Component parts; Auxiliary operations
    • B03C1/033—Component parts; Auxiliary operations characterised by the magnetic circuit
    • B03C1/0332—Component parts; Auxiliary operations characterised by the magnetic circuit using permanent magnets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C1/00—Magnetic separation
    • B03C1/02—Magnetic separation acting directly on the substance being separated
    • B03C1/28—Magnetic plugs and dipsticks
    • B03C1/288—Magnetic plugs and dipsticks disposed at the outer circumference of a recipient
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B03—SEPARATION OF SOLID MATERIALS USING LIQUIDS OR USING PNEUMATIC TABLES OR JIGS; MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C—MAGNETIC OR ELECTROSTATIC SEPARATION OF SOLID MATERIALS FROM SOLID MATERIALS OR FLUIDS; SEPARATION BY HIGH-VOLTAGE ELECTRIC FIELDS
    • B03C2201/00—Details of magnetic or electrostatic separation
    • B03C2201/18—Magnetic separation whereby the particles are suspended in a liquid

Definitions

  • the invention relates to a high-gradient magnetic filter for separating weakly magnetizable particles from liquid media, whose operation is derived from the physical principle of generating field strength gradients by introducing a ferromagnetic structure into a magnetic field.
  • the invention further relates to a method for operating the high-gradient magnetic filter.
  • Such a device is already in the DE 33 12 207 A1 described.
  • This contains fixed chambers which are filled with a magnetizable ferromagnetic filling compound.
  • a magnetizable ferromagnetic filling compound For the supply and discharge of a liquid medium nozzles are provided.
  • Each pair of chambers has a common magnetization arrangement, the magnetic conductor consists of two opposing parts, which on different sides of a are arranged through the middle of these chambers continuous line.
  • Each such part includes a magnet with pole pieces diametrically disposed on the chambers in the direction transverse to the line passing through the centers of the chambers, whereby these two parts, together with the ferromagnetic filter filling masses form a closed magnetic circuit.
  • the disadvantage here is the still considerable space of the device and the complicated process for the separation of the ferromagnetic materials from the liquid media.
  • a high gradient magnetic separator having a magnetic unit of two poles which together form a space in which a homogeneous magnetic field can be generated, with a matrix frame which is allowed to rotate about an axis and at least partially an annular one by partitions encloses divided into segments interior space, and at least one inflow and a drain line.
  • the object of this invention is to increase the path of the fluid within the magnetic field. This is achieved in that the width of the magnetic unit along the interior corresponds to at least the width of two segments and in the region of the gap each segment of the annular interior is connected to its adjacent segments via an opening in each case, wherein the openings alternately at a first and a second, the first non-opposite location are attached.
  • the magnetic field is also built up by permanent magnets, which already allow to make the separator smaller and cheaper and to reduce operating costs.
  • This device has the disadvantage that the permanent magnets for the required backwashing can not be turned off.
  • the arranged in a carousel filter chambers are therefore cyclically rotated after the filtering process in the magnetic field from the magnetic field area and rinsed in the field-free zone. Subsequently, the filter chambers are rotated back into the magnetic field and again charged with the liquid to be cleaned until the filter is added and a further backwashing must be done outside the magnetic field.
  • Such a carousel separator requires a structural design that must provide many moving parts and especially numerous seals. This leads to wear and leaks and thus to a considerable maintenance and repair effort, which is e.g. is unacceptable in a municipal sewage plant.
  • the invention has for its object to provide a high-gradient magnetic filter for separating weakly magnetizable particles from liquid media, which - using a permanent magnet for generating the magnetic field - is a compact, maintenance and low-repair assembly, the process of separation of the particles simply designed and the permanent magnet for the required backwashing makes ineffective.
  • the variety of parts or number should be further reduced and the sealing problem eliminated.
  • the method according to the invention for operating the high-gradient magnetic filter is intended to ensure efficient use thereof.
  • the invention can be realized functionally in two variants according to claims 6 to 8 or 9.
  • the one variant provides to form the permanent magnet as a rotor and rotatably arranged in the correspondingly shaped part of the iron circle.
  • the angle of rotation of the rotor is adjustable so that the field strength between the pole pieces from a minimum to a maximum field strength value can be selected in order to adjust the field strength of the different materials of the particles to be separated. It is also possible to adjust the angular position of the rotor, e.g. 90 ° or in other angular steps to lock.
  • the other variant of the invention is to form the permanent magnet as a linearly displaceable piece in the correspondingly shaped part of the iron circle.
  • the method according to claim 25 can be operated efficiently by the use of a program for controlling the clocks of the advancing and returning medium or flushing medium in operative connection with the magnetic field to be switched on and off and the magnetic field strength to be set, the program also performing the functions according to FIGS Features of claims 26 to 28 includes.
  • the high-gradient magnetic filter according to the invention consists in its essential structure of a housing 1, in which a pipe system for guiding a liquid medium 2 (arrows), are separated from the weakly magnetizable particles, with a flow 3 and a Return 4 is provided.
  • a pipe system for guiding a liquid medium 2 arrows
  • unillustrated means are used, e.g. belonging to the general state of the art valve control blocks that control the respective flow 3 and return 4 of the medium 2 in a mutual circulation.
  • an iron circle 5 in which a filter 8, which is flowed through by the medium 2, is located in a filter chamber 7 formed between pole shoes 6 of the iron circle 5.
  • a permanent magnet 9 is arranged, which generates a magnetic field between the pole pieces 6 in the state shown in FIG. 1 and thus passes through the filter 8.
  • the entire part of the iron circuit 5 is always separated from the liquid medium 2 and thus sealed, wherein the pipe system with the flow 3 and return 4 is space-saving enclosed by the iron circuit 5.
  • FIGS. 1 and 2 the variant of the invention is shown with a permanent magnet 9 designed as a rotor 10.
  • the rotor 10 is equipped with Einzelpermanentmagneten 12 of FIG. 4.
  • Fig. 5 shows the schematic representation of a drive 13 for the rotor 10, with which this shuts off the magnetic field ( Figure 2) and turns on ( Figure 1).
  • the rotor 10 is provided with an axle 14 slidably and rotatably received in bearings 15 ( Figure 6).
  • the angle of rotation of the rotor 10 can be adjusted so that the acting field strength between the pole pieces 6 from a minimum to a maximum field strength value is selectable. This makes it possible to largely adapt the field strength acting on the different materials of the particles, and the separation effect can be influenced. If it is expedient, the rotor 10 can also be rotated 90 ° or in other angular steps and locked.
  • FIG. 7 shows the iron circuit 5 as a rotor 10, wherein throughput and efficiency can be increased by the linearly displaceable piece 11 as a permanent magnet 9, if this corresponds to a correspondingly designed or arranged iron circle 5 and at least two filters 8, each with a magnetic field provided.
  • the cycles of the advancing and returning medium 2 or flushing medium can be controlled in the mutual circulation in operative connection with the magnetic field to be switched on and off and the magnetic field strength to be set for all design and process variants.
  • the method is tunable with the features described in claims 26 to 28 both complex and variable for different applications.

Landscapes

  • Filtration Of Liquid (AREA)
  • Centrifugal Separators (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Soft Magnetic Materials (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft einen Hochgradienten-Magnetfilter zum Abtrennen von schwach magnetisierbaren Partikeln aus flüssigen Medien, dessen Funktionsweise aus dem physikalischen Prinzip der Generierung von Feldstärkengradienten durch das Einbringen einer ferromagnetischen Struktur in ein Magnetfeld abgeleitet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Betreiben des Hochgradienten-Magnetfilters.
  • Es hat sich bei derartigen Filtern durchgesetzt, das erforderliche Magnetfeld durch Permanentmagnete zu erzeugen, um die Baueinheiten raumsparender und kostengünstiger herstellen sowie energiesparender gegenüber den Filtern mit Elektromagneten betreiben zu können.
    • Stand der Technik
  • Eine derartige Einrichtung ist schon in der DE 33 12 207 A1 beschrieben. Diese enthält feststehende Kammern, die mit einer magnetisierbaren ferromagnetischen Füllmasse gefüllt sind. Für die Zu- und Ableitung eines flüssigen Mediums sind Stutzen vorgesehen. Jedes Paar der Kammern weist eine gemeinsame Magnetisierungsanordnung auf, deren Magnetleiter aus zwei einander gegenüberliegenden Teilen besteht, die auf verschiedenen Seiten von einer durch die Mitten dieser Kammern durchgehenden Linie angeordnet sind. Jeder derartige Teil schließt einen Magneten mit Polschuhen ein, die an den Kammern diametral zueinander in Richtung quer zu der durch die Mitten der Kammern gehenden Linie angeordnet sind, wodurch diese zwei Teile samt den ferromagnetischen Filterfüllmassen einen geschlossenen magnetischen Kreis bilden.
  • Nachteilig sind hierbei der noch erhebliche Bauraum der Einrichtung und der komplizierte Ablauf zur Aussonderung der ferromagnetischen Werkstoffe aus den flüssigen Medien.
  • Weiterhin ist gemäß der DE 196 26 999 ein Hochgradienten-Magnetabscheider mit einer magnetischen Einheit aus zwei Polen offenbart, die miteinander einen Zwischenraum bilden, in dem sich ein homogenes Magnetfeld erzeugen läßt, mit einem Matrixrahmen, der sich um eine Achse in eine Drehung versetzen läßt und zumindest teilweise einen ringförmigen, durch Trennwände in Segmente abgeteilten Innenraum umschließt, sowie mindestens jeweils einer Zufluß- und einer Abflußleitung. Aufgabe dieser Erfindung ist es, den Weg des Fluids innerhalb des Magnetfeldes zu vergrößern. Dies wird dadurch gelöst, daß die Breite der magnetischen Einheit entlang dem Innenraum mindestens der Breite von zwei Segmenten entspricht und im Bereich des Zwischenraums jedes Segment des ringförmigen Innenraums mit seinen benachbarten Segmenten über jeweils eine Öffnung verbunden ist, wobei die Öffnungen alternierend an einer ersten und einer zweiten, der ersten nicht gegenüberliegenden Stelle angebracht sind.
  • Das Magnetfeld wird dabei auch von Permanentmagneten aufgebaut, die es schon gestatten, den Separator kleiner und kostengünstiger herzustellen und die Betriebskosten zu senken.
  • Diese Einrichtung hat den Nachteil, daß sich die Permanentmagnete für den erforderlichen Rückspülvorgang nicht ausschalten lassen. Die in einem Karussell angeordneten Filterkammern werden deswegen nach dem Filtervorgang im Magnetfeld zyklisch aus dem Magnetfeldbereich gedreht und in der feldfreien Zone gespült. Anschließend werden die Filterkammern wieder ins Magnetfeld gedreht und erneut mit der zu reinigenden Flüssigkeit beaufschlagt, bis das Filter zugesetzt ist und ein weiterer Rückspülvorgang außerhalb des Magnetfeldes erfolgen muß.
  • Ein solcher Karussellseparator erfordert einen konstruktiven Aufbau, der viele bewegte Teile und vor allem zahlreiche Dichtungen vorsehen muß. Dies führt zu Verschleiß und Undichtigkeiten und damit zu einem erheblichen Wartungs- und Reparaturaufwand, was z.B. in einer kommunalen Abwasseranlage unvertretbar ist.
  • Bei einem weiteren Hochgradienten-Magnetseparator entsprechend dem DE-GM 297 23 852.3 ist zumindest das Dichtungsproblem behoben. Dabei werden nicht die einzelnen Filterkammern in das Magnetfeld hinein- und wieder herausbewegt. Das Filtersystem steht fest, und ein Magnet wird mechanisch hin- und herbewegt, um den Filtervorgang bzw. das Rückspülen einzuleiten. Jedoch sind auch hier viele bewegte Teile erforderlich.
  • Schließlich bleibt ein neu entwickelter Hochgradienten-Magnetabscheider, wie er in der WO 01/07167 A1 offenbart ist, für das zu lösende Problem außer Betracht, weil er für die Separierung ein verändertes konstruktives und Trennprinzip verfolgt.
  • Neben dieser als Hochgradienten-Magnetabscheider zu definierenden, relativ neuartigen Gattung sind so genannte ältere Starkfeldscheider bekannt. Ein derartiger Starkfeldscheider ist beispielsweise der DE 1 177 091 B zu entnehmen. Dieser besteht aus einem Sieb/Rost aus magnetisch weichem Eisen und an den gegenüberliegenden Seiten angeschlossenen mindestens zwei Magnetsystemen mit je ungleichnamigen Polen. Im Unterschied zu den derzeitig einzuschlagenden Entwicklungsrichtungen entsprechend den zuvor analysierten Hochgradienten-Magnetabscheidern ist letzterer wie folgt zu charakterisieren:
    • Die Sieb-/Rostfläche weist quer zu den Magnetsystemen und/oder von einem Magnetsystem zum anderen sich erstreckende Drähte oder Stäbe auf und
    • der Eisenquerschnitt ist übersättigt, wobei
    • eine gleichmäßige Verteilung der Feldstärke an der Oberfläche des Siebes/Rostes für eine gleichmäßige Abscheidung sorgen soll.
  • Allein schon diese Bauart und Charakterisierung lässt eine Verwendung als Hochgradienten-Magnetabscheider nicht zu, weil
    • eine hohe Feldkonzentration nicht realisierbar ist,
    • die Gefahr einer bleibenden Magnetisierung besteht,
    • die zwei Magnetrotoren an den Seiten eine kompakte Bauweise verhindern,
    • die Reinigung bestenfalls durch zusätzliche und aufwändige z. B. Brauseeinrichtungen erfolgen soll und
    • ein im eigentlichen Sinne ein konsruktiv und technologisch zu integrierendes Spülsystem noch gar nicht angesprochen ist.
  • Daraus ergibt sich für den Fachmann hinsichtlich der einzuschlagenden Entwicklungsrichtung, daß die aus diesem Stand der Technik sich ergebenden Nachteile, wie
    • eine Übersättigung des Eisenquerschnitts ,
    • der geschlossene Magnetkreis,
    • die unvorteilhafte Verteilung des magnetischen Feldes
    ein effizientes Abtrennen der Teilchen, so auch das Abtrennen von schwach magnetisierbaren Partikeln aus dem Medium, nicht erreichbar macht. Darstellung der Erfindung
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Hochgradienten-Magnetfilter zum Abtrennen von schwach magnetisierbaren Partikeln aus flüssigen Medien zu schaffen, der - unter Verwendung eines Permanentmagneten zur Erzeugung des Magnetfeldes - eine kompakte, wartungs- sowie reparaturarme Baueinheit darstellt, den Ablauf der Abtrennung der Partikel einfach gestaltet und den Permanentmagneten für den erforderlichen Rückspülvorgang unwirksam macht. Dabei sollen die Teilevielfalt bzw. -anzahl weiter reduziert und das Dichtungsproblem beseitigt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des Hochgradienten-Magnetfilters soll eine effiziente Anwendung desselben sichern.
  • Nach dem Anspruch 1 wird dies dadurch gelöst, daß der Hochgradienten-Magnetfilter entsprechend der Aufgabe umfaßt
    • ein den Hochgradienten-Magnetfilter aufnehmendes Gehäuse mit Mitteln zur Führung des flüssigen Mediums in einem Rohrsystem mit Vorlauf und Rücklauf,
    • einen den eigentlichen Hochgradienten-Magnetfilter bildenden Eisenkreis, in dem sich in einer, zwischen Polschuhen des Eisenkreises ausgebildeten Filterkammer ein Filter befindet, das von dem zu reinigenden Medium durchströmt wird,
    • mindestens einen in dem Eisenkreis angeordneten Permanentmagneten zur Erzeugung des Magnetfeldes zwischen den Polschuhen, wobei dieser Teil des Eisenkreises zu dem flüssigen Medium getrennt und somit abgedichtet ist, und
    • das Magnetfeld zwischen den Polschuhen, welches mittels des Permanentmagneten abschaltbar und wieder einschaltbar ist,
    wobei erfindungsgemäß ein Rohrsystem zum umgekehrt gerichteten Spülen des Filters (8) bei abgeschaltetem Magnetfeld vorgesehen ist.
  • Mit den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 5 ist das erfindungsgemäße Konzept weiter ausgestaltet.
  • Die Erfindung kann gemäß den Ansprüchen 6 bis 8 oder 9 funktionell in zwei Varianten realisiert werden.
  • Die eine Variante sieht vor, den Permanentmagneten als Rotor auszubilden und in dem entsprechend ausgeformten Teil des Eisenkreises drehbar anzuordnen. Dabei ist der Drehwinkel des Rotors so einstellbar, daß die Feldstärke zwischen den Polschuhen von einem minimalen bis zu einem maximalen Feldstärkewert gewählt werden kann, um die Feldstärke den unterschiedlichen Materialien der abzutrennenden Partikel anpassen zu können. Es ist auch möglich, die Winkelstellung des Rotors z.B. 90°-weise oder in anderen Winkelschritten zu arretieren.
  • Die andere Variante der Erfindung besteht darin, den Permanentmagneten als linear verschiebbares Stück in dem entsprechend ausgeformten Teil des Eisenkreises auszubilden.
  • Für diese Varianten der Erfindung sind die zweckmäßigen Ausführungen den Merkmalen der Ansprüche 10 bis 20 zu entnehmen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben des Hochgradienten-Magnetfilters entsprechend den Schritten der Ansprüche 21 oder 22 erfolgt so, daß das Abtrennen der schwach magnetisierbaren Partikel aus dem flüssigen Medium wechselseitig im Rohrsystem aufgabengemäß nach den Schritten
    1. a) Beaufschlagung des Filters mit dem zu separierenden Medium über das Rohrsystem mit Vorlauf und Rücklauf bei eingeschaltetem Magnetfeld im Eisenkreis zwischen den Polschuhen und Durchsetzung des Magnetfeldes in der vom Medium durchspülten Filterkammer am Filter, wobei sich infolge der hohen Feldgradienten am Filter die magnetisierbaren Partikel anlagern und dabei die Feldstärke entsprechend der Winkelstellung des Permanentmagneten unterschiedlich stark einstellbar ist, danach
    2. b) Abschalten des Magnetfeldes des Permanentmagneten
      realisiert wird, wonach erfindungsgemäß
    3. c) die Entfernung der angelagerten und separierten Partikel vom Filter in einem Spülvorgang als Gegenstromverfahren oder auch als Gleichstromverfahren erfolgt und
    4. d) eine Wiederholung der Schrittfolge a), b) und c) bis zur Beendigung der Abtrennung der Partikel aus dem flüssigen Medium abläuft.
  • Das Verfahren ist entsprechend den Merkmalen der Ansprüche 23 oder 24 hinsichtlich des Mediums bzw. der Medien unterschiedlich ausgestaltungsfähig.
  • Weiterhin kann das Verfahren nach Anspruch 25 durch die Verwendung eines Programms zur Steuerung der Takte des vor- und rücklaufenden Mediums bzw. Spülmediums in Wirkverbindung mit dem ein- und auszuschaltenden Magnetfeld und der einzustellenden Magnetfeldstärke effizient betrieben werden, wobei das Programm auch die Funktionen gemäß den Merkmalen der Ansprüche 26 bis 28umfaßt.
  • Die Erfindung wird an Ausführungsbeispielen erläutert.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • In den Zeichnungen zeigen
    • Fig. 1
    den erfindungsgemäßen Hochgradienten-Magnetfilter in vereinfachter Darstellung im durch den Rotor 10 eingeschalteten Zustand,
    Fig. 2
    den Hochgradienten-Magnetfilter nach Fig. 1 im ausgeschalteten Zustand,
    Fig. 3
    die Erfindungsvariante mit schematischer Darstellung des Permanentmagneten 9 als linear verschiebbares Stück 11,
    Fig.4
    die schematische Darstellung des Rotors 10 mit dem Permanentmagneten 9 aus Einzelpermanentmagneten 12,
    Fig. 5
    die schematische Darstellung des Rotors 10 mit Antrieb 13,
    Fig. 6
    das Prinzip der Lagerung des Rotors 10 und
    Fig. 7
    das Prinzip einer erfindungsgemäßen Doppelausführung mit zwei Filtern 8 und einem Rotor 10.
    Bester Weg zur Ausführung der Erfindung
  • Entsprechend den Fig. 1 und 2 besteht der erfindungsgemäße Hochgradienten-Magnetfilter in seinem wesentlichen Aufbau aus einem Gehäuse 1, in dem ein Rohrsystem zur Führung eines flüssigen Mediums 2 (Pfeile), aus dem schwach magnetisierbare Partikel abzutrennen sind, mit einem Vorlauf 3 und einem Rücklauf 4 vorgesehen ist. Dazu werden nicht dargestellte Mittel verwendet, wie z.B. zum allgemeinen Stand der Technik gehörende Ventilsteuerblöcke, die den jeweiligen Vorlauf 3 und Rücklauf 4 des Mediums 2 in einem wechselseitigen Umlauf steuern.
  • Innerhalb des Gehäuses 1 befindet sich ein Eisenkreis 5, in dem sich in einer zwischen Polschuhen 6 des Eisenkreises 5 ausgebildeten Filterkammer 7 ein Filter 8 befindet, das von dem Medium 2 durchströmt wird. In dem Eisenkreis ist ein Permanentmagnet 9 angeordnet, der im gemäß Fig. 1 eingeschalteten Zustand ein Magnetfeld zwischen den Polschuhen 6 erzeugt und damit das Filter 8 durchsetzt.
  • Der gesamte Teil des Eisenkreises 5 ist zu dem flüssigen Medium 2 stets abgetrennt und somit abgedichtet, wobei das Rohrsystem mit dem Vorlauf 3 und Rücklauf 4 raumsparend durch den Eisenkreis 5 umschlossen wird.
  • In den Fig. 1 und 2 ist die Erfindungsvariante mit einem als Rotor 10 ausgebildeten Permanentmagneten 9 dargestellt. Der Rotor 10 ist mit Einzelpermanentmagneten 12 gemäß Fig. 4 bestückt. Fig. 5 zeigt die schematische Darstellung eines Antriebs 13 für den Rotor 10, mit dem dieser das Magnetfeld abschaltet (Fig.2) und einschaltet (Fig.1). Zweckmäßigerweise ist der Rotor 10 mit einer Achse 14 versehen, die in Lagern 15 gleitend und drehbar aufgenommen ist (Fig. 6).
  • Die Erfindungsvariante mit dem Permanentmagneten 9 als linear verschiebbares Stück 11, welches z. B. gleitend gelagert und über einen nicht dargestellten Antrieb das Magnetfeld ein- und wieder abschaltet, ist in Fig. 3 schematisch dargestellt, wobei die Gestaltung dieses Hochgradienten-Magnetfilters sich in Analogie zu den Fig. 1 und 2 ergeben kann.
  • Nach diesem konstruktiven Grundaufbau, in welchem das erfindungsgemäße Rohrsystem zum umgekehrt gerichteten Spülen des Filters (8) bei abgeschaltetem Magnetfeld vorgesehen ist, sind vorteilhafte Ausführungen möglich, die je nach Verwendungszweck und Wirkungsgrad realisiert und sich wie folgt darstellen können:
  • Je nach der Beschaffenheit der abzutrennenden, schwachmagnetisierbaren Partikel aus den flüssigen Medien 2, kann der Drehwinkel des Rotors 10 so eingestellt werden, daß die wirkende Feldstärke zwischen den Polschuhen 6 von einem minimalen bis zu einem maximalen Feldstärkewert wählbar ist. Damit ist eine weitgehende Anpassung der auf die unterschiedlichen Materialien der Partikel einwirkenden Feldstärke möglich, und der Trenneffekt ist beeinflußbar. Wenn es zweckmäßig ist, kann der Rotor 10 auch 90°-weise oder in anderen Winkelschritten gedreht und arretiert werden.
  • Um den Durchsatz und Wirkungsgrad erfindungsgemäßer Hochgradienten-Magnetfilter zu erhöhen sowie den spezifischen Bauaufwand zu senken, wird die Ausbildung gemäß der Fig. 7 vorgeschlagen, bei der der Eisenkreis 5 so gestaltet ist, daß zwei Filter 8 vorgesehen sind, die von einem Permanetmagneten 9 gleichzeitig mit je einem Magnetfeld im eingeschalteten Zustand beaufschlagt oder ausgeschaltet sind. Fig. 7 zeigt dabei den Permanentmagneten 9 als Rotor 10, wobei Durchsatz und Wirkungsgrad auch durch das linear verschiebbare Stück 11 als Permanentmagnet 9 erhöhbar sind, wenn dieses in einem entsprechend gestalteten bzw. angeordneten Eisenkreis 5 korrespondiert und mindestens zwei Filter 8 mit je einem Magnetfeld versorgt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahrensprinzip zum Betreiben aller denkbaren, in den Ansprüchen 1 bis 20 erfaßten erfindungsgemäßen Konstruktionsvarianten sieht vor, daß das Abtrennen der schwach magnetisierbaren Partikel aus dem flüssigen Medium 2 wechselseitig im Rohrsystem nach folgenden Schritten entsprechend den Ansprüchen 21 bis 24 abläuft:
    1. 1. In der ersten Schrittfolge wird mindestens ein Filter 8 mit dem zu separierenden flüssigen Medium 2 über das Rohrsystem beaufschlagt. Das Rohrsystem ist in einem Vorlauf 3 und einem Rücklauf 4 wechselseitig anwendbar, wobei in dieser ersten Schrittfolge bei eingeschaltetem Magnetfeld im Eisenkreis 5 zwischen den Polschuhen 6 z. B. gemäß Fig. 1 der Vorlauf 3 und der Rücklauf 4 des flüssigen und zu reinigenden Mediums 2 dargestellt sind. Dabei durchsetzt das Magnetfeld den vom Medium 2 mittels des Rohrsystems durchspülten Filter 8, welches z.B. aus einem magnetisierbaren Drahtgewebe besteht. Infolge der hohen Feldgradienten am Filter 8 lagern sich die magnetisierbaren Partikel im Drahtgewebe an. Die Feldstärke kann entsprechend der Drehung (Rotor 10) oder Verschiebung (linear verschiebbares Stück 11) des Permanetmagneten 9 unterschiedlich stark eingestellt werden.
    2. 2. Danach wird in der weiteren Schrittfolge das Magnetfeld des Permanentmagneten 9 (Rotor 10 / linear verschiebbares Stück 11) abgeschaltet. Das oder ein Medium 2 mit einem nun umgekehrt gerichteten Vorlauf 3 und Rücklauf 4 (z.B. entsprechend der Fig. 2) entfernt die am Drahtgewebe des Filters 8 angelagerten und separierten Partikel in einem Spülvorgang. Diese Spülung ist in mehreren Variationen durchführbar, indem z.B.
      • ein zu reinigendes und von den Partikeln zu befreiendes Medium 2 als Spülmedium oder
      • ein separates Medium 2 als Spülmedium
      durch entsprechende Führung im Rohrsystem mittels Ventilsteuerung im Vorlauf 3 und Rücklauf 4 verwendet werden.
    3. 3. Wiederholung dieser vorbeschriebenen Schrittfolgen im ständigen wechselseitigen Umlauf, wobei das Filter 8 je nach Zustand oder Verbrauch aus der Filterkammer 7 herausnehmbar oder austauschbar ist, um es z. B. zu ersetzen.
  • Beide Variationen sind im Gegenstrom- (Anspruch 21 b)) oder im Gleichstromverfahren (Anspruch 22) baulich ausführbar.
  • Mit einem Programm nach Anspruch 25 können die Takte des vor- und rücklaufenden Mediums 2 bzw. Spülmediums in dem wechselseitigen Umlauf in Wirkverbindung mit dem ein- und abzuschaltenden Magnetfeld und der einzustellenden Magnetfeldstärke für sämtliche Konstruktions- und Verfahrensvarianten gesteuert werden.
  • Das Verfahren ist mit den in den Ansprüchen 26 bis 28 beschriebenen Merkmalen sowohl komplex als auch variabel für die unterschiedlichen Anwendungszwecke abstimmbar.
    • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Das erfindungsgemäße Konstruktions- und Verfahrensprinzip zeichnet sich in seiner gewerblichen Anwendung dadurch aus, daß
    • einerseits eine kompakte, wartungs- sowie reparaturarme Baueinheit mit für die Wartung vorteilhaft austauschbaren Baugruppen geschaffen wird und
    • andererseits der Ablauf und der Betrieb der Abtrennung der Partikel aus flüssigen Medien einfach sowie kostengünstig durchgeführt werden können, wobei
    • schließlich die beschriebenen Nachteile des Standes der Technik beseitigt sind und eine vielfältige Anwendung in verschiedenen einschlägigen Industrien möglich wird.
    Bezugszeichenliste
    • 1 =
    Gehäuse
    2 =
    Flüssiges Medium
    3 =
    Vorlauf
    4 =
    Rücklauf
    5 =
    Eisenkreis
    6 =
    Polschuh
    7 =
    Filterkammer
    8 =
    Filter
    9 =
    Permanentmagnet
    10 =
    Rotor
    11 =
    linear verschiebbares Stück
    12 =
    Einzelperrnanentmagnet
    13 =
    Antrieb
    14 =
    Achse
    15 =
    Lager
    N =
    Nordpol
    S =
    Südpol

Claims (28)

  1. Hochgradienten-Magnetfilter zum Abtrennen von schwach magnetisierbaren Partikeln aus flüssigen Medien (2) in einem Umlauf, umfassend
    - ein Gehäuse (1) mit Mitteln zur Führung des flüssigen Mediums (2) in einem Rohrsystem mit Vorlauf (3) und Rücklauf (4),
    - einen im Gehäuse (1) aufgenommenen Eisenkreis (5), in dem sich in einer, zwischen Polschuhen (6) des Eisenkreises (5) ausgebildeten Filterkammer (7) mindestens ein Filter (8) befindet, das von dem zu reinigendem Medium (2) durchströmt wird, und
    - mindestens einen in dem Eisenkreis (5) angeordneten Permanentmagneten (9) zur Erzeugung eines Magnetfeldes zwischen den Polschuhen (6), wobei der Eisenkreis (5) zu dem flüssigen Medium (2) getrennt und somit abgedichtet ist,
    wobei das Magnetfeld zwischen den Polschuhen (6) mittels des Permanentmagneten (9) im Wechsel abschaltbar und wieder einschaltbar ist,
    gekennzeichnet durch ein Rohrsystem zum umgekehrt gerichteten Spülen des Filters (8)- bei abgeschaltetem Magnetfeld.
  2. Hochgradienten-Magnetfilter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
    a) eine über die gesamte Länge des Filters (8) beaufschlagte, beidseitige Zuführung des Mediums (2) und
    b) ein geschlossenes Rohrsystem (3, 4), welches von dem Eisenkreis (5) umschlossen ist.
  3. Hochgradienten-Magnetfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge des Filters (8) ≤ der Länge der Polschuhe (6) entspricht.
  4. Hochgradienten-Magnetfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnitte der Anschlüsse des Filters (8) für das Medium (2) so gestaltet sind, daß das Filter einer gleichmäßigen Durchströmung des Mediums (2) unterliegt und dafür die Filterkammer (7) entsprechend ausgebildet ist.
  5. Hochgradienten-Magnetfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (1) als Rahmen zur Aufnahme einer Baugruppe für das Polsystem (5, 6) und zur Aufnahme einer Baugruppe für das Rohrsystem (3, 4) ausgebildet ist.
  6. Hochgradienten-Magnetfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (9) als Rotor (10) ausgebildet und in dem entsprechend ausgeformten Teil des Eisenkreises (5) drehbar angeordnet ist.
  7. Hochgradienten-Magnetfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkel des Rotors (10) von einem minimalen bis zu einem maximalen Feldstärkewert einstellbar ist.
  8. Hochgradienten-Magnetfilter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehwinkel des Rotors (10) 90°-weise einstellbar ist.
  9. Hochgradienten-Magnetfilter nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (9) als linear verschiebbares Stück (11) in dem entsprechend ausgeformten Teil des Eisenkreises (5) ausgebildet ist.
  10. Hochgradienten-Magnetfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch eine derartige Gestaltung des Eisenkreises (5), daß mindestens zwei Filter (8) vorgesehen sind, die von einem Permanentmagneten (9) gleichzeitig oder auch im Wechsel hinsichtlich je eines beaufschlagbaren Magnetfeldes eingeschaltet oder ausgeschaltet sind.
  11. Hochgradienten-Magnetfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (9) aus mehreren Einzelpermanentmagneten (12) besteht.
  12. Hochgradienten-Magnetfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (9) mit einem Antrieb (13) verbunden ist.
  13. Hochgradienten-Magnetfilter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (10) mit seiner Achse (14) in Lagern (15) gelagert ist.
  14. Hochgradienten-Magnetfilter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das linear verschiebbare Stück (11) gelagert ist.
  15. Hochgradienten-Magnetfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (8) aus magnetisierbarem Drahtgewebe oder magnetisierbarer Stahlwolle besteht.
  16. Hochgradienten-Magnetfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (8) einen Käfig mit darin eingeschlossenem, magnetisierbarem Material, wie Drahtgewebe, Stahlwolle oder Späne darstellt.
  17. Hochgradienten-Magnetfilter nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (8) aus der Filterkammer (7) herausnehmbar oder austauschbar ist.
  18. Hochgradienten-Magnetfilter nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Optimierung der Abscheidung die innere Anordnung des Filters (8) so gestaltet ist, daß das durchströmende Medium (2) mit wechselnder Strömungsrichtung das Filter (8) passiert.
  19. Hochgradienten-Magnetfilter nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß
    a) Mittel im Filter (8) vorgesehen sind, die den Durchfluß des Mediums (2) senkrecht oder quer zur Gesamt-Fläche des magnetisierbaren Drahtgewebes, der magnetisierbaren Stahlwolle oder Späne sichern und
    b) die Längsachsen der einzelnen Bestandteile wie Drähte des Drahtgewebes oder der Stahlwolle sowie der Späne nicht in Richtung des Magnetfeldes verlaufen.
  20. Hochgradienten-Magnetfilter nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (8) aus mehreren, einzelnen Filtern (8) besteht.
  21. Verfahren zum Betreiben eines Hochgradienten-Magnetfilters nach Anspruch 1, wobei das Abtrennen der schwach magnetisierbaren Partikel aus dem flüssigen Medium wechselseitig im Rohrsystem nach folgenden Schritten abläuft:
    a) Beaufschlagung mindestens eines Filters (8) mit dem zu separierenden flüssigen Medium (2) über das Rohrsystem in einem Vorlauf (3) und einem Rücklauf (4) bei eingeschaltetem Magnetfeld im Eisenkreis (5) zwischen den Polschuhen (6) und Durchsetzung des Magnetfeldes in der vom Medium (2) durchspülten Filterkammer (7) des Filters (8), wobei sich infolge der hohen Feldgradienten am Filter (8) die magnetisierbaren Partikel anlagern und dabei die Feldstärke entsprechend der Drehung oder Verschiebung des Permanentmagneten (9) unterschiedlich stark einstellbar ist, danach
    b) Abschalten des Magnetfeldes des Permanentmagneten (9)
    gekennzeichnet durch
    c) Entfernung der angelagerten und separierten Partikel vom Filter (8) in einem Spülvorgang als Gegenstrom mit umgekehrt gerichtetem Vorlauf (3) und Rücklauf (4) und
    d) Wiederholung der Schrittfolge a), b) und c) bis zur Beendigung der Abtrennung der Partikel aus dem flüssigen Medium (2).
  22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Spülvorgang im Gleichstrom erfolgt, wobei die Schrittfolge durch
    - Vorlauf Spülmedium (2)
    - Rücklauf verunreinigtes Spülmedium (2)
    bestimmt ist.
  23. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, gekennzeichnet durch die Verwendung des zu reinigenden und von den Partikeln zu befreienden Mediums (2) als Spülmedium.
  24. Verfahren nach Anspruch 21 oder 22, gekennzeichnet durch die Verwendung eines separaten Mediums (2) als Spülmedium.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 15, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Programmes zur Steuerung der Takte des vor- und rücklaufenden Mediums (2) bzw. Spülmediums in Wirkverbindung mit dem ein- und abzuschaltenden Magnetfeld und der einzustellenden Magnetfeldstärke.
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß vor Erreichen der Aufnahmekapazität des Filters (8) dieser abgeschaltet wird.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung mehrerer Filter (8) mindestens einer für eine Anlagerung der Partikel und mindestens ein anderer für den Spülvorgang geschaltet wird.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Takte von einer Zeit abhängig und/oder von einem Differenzdruck abhängig geschaltet wird.
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