DE102013008817A1

DE102013008817A1 - Device for separating particles from a fluid by magnetic separation

Info

Publication number: DE102013008817A1
Application number: DE102013008817.8A
Authority: DE
Inventors: Siegfried Ripperger; Lars Steinke; Alexandra Vetter
Original assignee: Technische Universitat Kaiserslautern
Current assignee: Technische Universitat Kaiserslautern
Priority date: 2013-05-25
Filing date: 2013-05-25
Publication date: 2014-12-11
Also published as: EP2805773A1; EP2805773B1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden von Partikeln aus einem Fluid, insbesondere aus einer Suspension, durch magnetische Separation. Die Vorrichtung besitzt einen Strömungskanal (6, 6'), der von der Suspension in vorbestimmter Strömungsrichtung (7) durchströmbar ist, eine Abscheidestruktur innerhalb des Strömungskanals (6, 6') zur Aufnahme der Partikeln und eine Einrichtung zur Erzeugung eines im Strömungskanal (6, 6') wirksamen Magnetfelds. Zur Effizienzsteigerung der Vorrichtung wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass im Strömungskanal (6, 6') mindestens ein von der Suspension durchströmbarer, nicht magnetischer oder nicht magnetisierbarer Strömungsmanipulator zur lokalen Veränderung der Strömungsparameter der Suspension angeordnet ist.The invention relates to a device for separating particles from a fluid, in particular from a suspension, by magnetic separation. The device has a flow channel (6, 6 ') through which the suspension can flow in a predetermined flow direction (7), a separating structure within the flow channel (6, 6') for receiving the particles and a device for generating one in the flow channel (6 , 6 ') effective magnetic field. To increase the efficiency of the device, it is proposed according to the invention that at least one non-magnetic or non-magnetizable flow manipulator through which the suspension can flow is arranged in the flow channel (6, 6 ') for locally changing the flow parameters of the suspension.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abscheiden magnetisierbarer Partikeln aus einem Fluid durch magnetische Separation gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for separating magnetizable particles from a fluid by magnetic separation according to the preamble of patent claim 1.

Derartige Vorrichtungen sind insbesondere im Zusammenhang mit der Reinigung von Schmier- und Hydraulikölen bekannt, eignen sich aber auch zur Aufbereitung anderer magnetische oder magnetisierbare partikelförmige Verunreinigungen enthaltender Fluide und insbesondere von Suspensionen. Die Verunreinigungen können unterschiedlicher Natur sein und sind vor allem auf Fremdkörper und Partikeln aus betriebsbedingtem Abrieb zurückzuführen oder auf Schleifgut und Sandpartikeln, die sich im Produktionsprozess nicht vollständig vermeiden lassen.Such devices are particularly known in connection with the purification of lubricating and hydraulic oils, but are also suitable for the preparation of other magnetic or magnetizable particulate impurities containing fluids and in particular of suspensions. The impurities can be of a different nature and are mainly due to foreign bodies and particles due to operational abrasion or to abrasive particles and sand particles, which can not be completely avoided in the production process.

Diese Verunreinigungen bedingen einen erhöhten Verschleiß der Maschinen- und Anlagenteile mit der Folge, dass der Umfang an Wartungs- und Reparaturarbeiten zunimmt und sich die Lebensdauer verkürzt. Im Extremfall führen Fremdkörper zu Betriebsstörungen bis hin zu Betriebsausfällen. Beides erhöht den Anteil an Maschinenstillstandszeiten und beeinträchtigt damit einen wirtschaftlichen Betrieb. Es besteht daher ein großes Interesse daran, partikelförmige Verunreinigungen möglichst vollständig aus Fluiden und insbesondere Suspensionen entfernen zu können.These impurities cause increased wear of the machine and equipment parts, with the result that the amount of maintenance and repair work increases and the service life is shortened. In extreme cases, foreign bodies cause malfunctions or even breakdowns. Both increase the proportion of machine downtime and thus impede economic operation. It is therefore of great interest to be able to remove particulate impurities as completely as possible from fluids and in particular suspensions.

Zur Partikelabscheidung ist neben der Filtration auch die magnetische Separation bekannt, bei der magnetische oder magnetisierbare Partikeln in einem Fluid unter Einfluss eines außerhalb des Fluids erzeugten Magnetfelds an eine Abscheidematrix gebunden werden. Beispielsweise offenbart die DE 10 2010 061 A1 einen rohrförmigen Reaktor, der von einer ferromagnetische Partikeln enthaltenden Suspension axial durchströmt ist. In dem Reaktor ist ein zylindrischer Verdrängungskörper angeordnet, dessen Außenumfang mit dem Innenumfang des Reaktors einen Strömungskanal mit ringscheibenförmigem Querschnitt bildet. Zur Abscheidung ferromagnetischer Partikeln sind sowohl entlang des Innenumfangs des Reaktors als auch Außenumfangs des Verdrängungskörpers Mittel zur Erzeugung eines Magnetfelds angeordnet, dessen Gradient quer zum Strömungskanal gerichtet ist. Die auf die ferromagnetischen Partikeln einwirkende Magnetkraft bewirkt eine Bewegung der Partikeln quer zur Strömungsrichtung, bis diese an der Reaktorwandung und dem Außenumfang des Verdrängungskörpers magnetisch fixiert werden. Durch die gegenüberliegende Anordnung der das Magnetfeld erzeugenden Mittel entlang des Strömungskanals wird eine effektive Abscheidung insbesondere größerer ferromagnetischer Partikeln erreicht. Der Abscheidungsgrad kleinerer und kleinster Partikeln ist demgegenüber jedoch geringer, da die auf die Partikeln einwirkende Magnetkraft zum einen vom Partikelvolumen und zum anderen vom relativen Aufenthaltsort des Partikels im Magnetfeld abhängt.For particle separation, apart from filtration, magnetic separation is also known in which magnetic or magnetizable particles in a fluid are bound to a deposition matrix under the influence of a magnetic field generated outside the fluid. For example, the DE 10 2010 061 A1 a tubular reactor which is flowed through axially by a suspension containing ferromagnetic particles. In the reactor, a cylindrical displacement body is arranged, whose outer periphery with the inner circumference of the reactor forms a flow channel with annular disk-shaped cross-section. For the deposition of ferromagnetic particles means for generating a magnetic field are arranged both along the inner periphery of the reactor and the outer periphery of the displacement body, whose gradient is directed transversely to the flow channel. The magnetic force acting on the ferromagnetic particles causes a movement of the particles transversely to the flow direction until they are magnetically fixed to the reactor wall and the outer periphery of the displacement body. The opposite arrangement of the magnetic field generating means along the flow channel effective separation is achieved in particular larger ferromagnetic particles. The degree of separation of smaller and smallest particles, however, is lower, since the magnetic force acting on the particles depends on the one hand on the particle volume and on the other by the relative location of the particle in the magnetic field.

Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, bestehende Vorrichtungen im Hinblick auf eine Verbesserung des Abscheidegrads weiter zu entwickeln. Insbesondere sollen auch kleine und kleinste Partikeln aus dem Fluid abgeschieden werden.Against this background, the object of the invention is to develop existing devices with a view to improving the degree of separation on. In particular, even small and very small particles should be separated from the fluid.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a device having the features of patent claim 1.

Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass im Strömungskanal eines Magnetseparators Strömungsbedingungen vorliegen, die dazu führen, dass die einzelnen Partikeln eines Fluids den Magnetseparator auf einer durch die Strömung vorgegebenen Bahn durchströmen. Unter Einfluss eines Magnetfelds, dessen Gradient quer zur Durchströmrichtung verläuft, ist es möglich, magnetische oder magnetisierbare Partikeln von dieser Bahn in Richtung des Gradienten des Magnetfels abzulenken und schließlich an der Wand des Strömungskanals zu fixieren. Dabei können die abzuscheidenden Substanzen von den magnetischen oder magnetisierbaren Partikeln selbst gebildet sein oder aber auch von nicht magnetischen oder nicht magnetisierbaren Partikeln. Letztgenannte werden mittelbar über magnetische oder magnetisierbare Partikeln abgeschieden, die der Suspension zugegeben werden, mit dem Ziel der Heterokoagulation nicht magnetischer/nicht magnetisierbarer Partikeln und magnetischer/magnetisierbarer Partikeln.The invention is based on the recognition that there are flow conditions in the flow channel of a magnetic separator which lead to the individual particles of a fluid flowing through the magnetic separator on a path predetermined by the flow. Under the influence of a magnetic field whose gradient is transverse to the flow direction, it is possible to deflect magnetic or magnetizable particles from this path in the direction of the gradient of the magnetic field and finally to fix it to the wall of the flow channel. In this case, the substances to be deposited can be formed by the magnetic or magnetizable particles themselves or else by non-magnetic or non-magnetizable particles. The latter are deposited indirectly via magnetic or magnetizable particles, which are added to the suspension, with the aim of heterocoagulation of non-magnetic / non-magnetizable particles and magnetic / magnetizable particles.

Der Abscheidegrad ist von der Größe der Partikeln abhängig und vom Abstand eines Partikels von den Magneten, da mit zunehmendem Abstand die magnetische Kraftfelddichte abnimmt. Das hat zur Folge, dass vor allem kleinere Partikeln und/oder Partikeln in der Mitte des Strömungskanals schwerer abzuscheiden sind.The degree of separation depends on the size of the particles and on the distance of a particle from the magnets, as magnetic field density decreases with increasing distance. As a result, especially smaller particles and / or particles in the middle of the flow channel are harder to separate.

Der Grundgedanke der Erfindung besteht nun darin, durch lokale Veränderungen der Strömungsparameter im Strömungskanal eine Bewegungsänderung der Partikeln relativ zur ungestörten Strömung herbeizuführen. Zu diesem Zweck sieht die Erfindung die Anordnung eines Strömungsmanipulators im Strömungskanal vor, der Einfluss auf die Strömungsrichtung, -geschwindigkeit und/oder -beschleunigung nimmt. Damit wird eine Veränderung der relativen Lage der Partikeln innerhalb des Strömungskanals erreicht, im Zuge derer sich die Partikeln den Magnete annähern und damit in Bereiche mit höherer Kraftfelddichte gelangen. Die dabei zunehmende Magnetkraft bewirkt eine verbesserte Partikelabscheidung.The basic idea of the invention is to bring about a change in the movement of the particles relative to the undisturbed flow by local changes in the flow parameters in the flow channel. For this purpose, the invention provides for the arrangement of a flow manipulator in the flow channel, which influences the flow direction, velocity and / or acceleration. Thus, a change in the relative position of the particles is achieved within the flow channel, in the course of which the particles approach the magnets and thus into areas get higher force field density. The thereby increasing magnetic force causes an improved particle separation.

Ein weiterer Effekt, der auf die veränderten Strömungsbedingungen im Strömungskanal zurückzuführen ist, besteht in der Agglomeration kleinerer Partikeln, wobei die dabei entstehenden Agglomerate aufgrund ihrer Größe effizienter aus der Suspension abgeschieden werden können. Dabei hat sich gezeigt, dass durch Heterokoagulation, also durch Anhaften von nicht magnetisierbaren Partikeln an magnetisierbaren Partikeln, zusätzlich eine Abscheidung nicht magnetisierbarer Partikeln erreicht werden kann.Another effect, which is due to the changed flow conditions in the flow channel, consists in the agglomeration of smaller particles, the resulting agglomerates can be deposited more efficiently from the suspension due to their size. It has been shown that by heterocoagulation, ie by adherence of non-magnetizable particles of magnetizable particles, additionally a deposition of non-magnetizable particles can be achieved.

Es ist das Verdienst der Erfindung, diese Zusammenhänge erkannt und darauf aufbauend eine Vorrichtung geschaffen zu haben, die sich gegenüber dem bekannten Stand der Technik durch eine erheblich wirksamere Abscheidung von Partikeln auszeichnet, insbesondere im Bereich von kleineren Partikeln mit einem Durchmesser < 5 μm.It is the merit of the invention to have recognized these relationships and, based on this, to have created a device which, compared to the known state of the art, is characterized by a considerably more efficient separation of particles, in particular in the range of smaller particles with a diameter <5 μm.

Im Regelfall besitzt eine erfindungsgemäße Vorrichtung einen Strömungskanal mit geschlossenem Querschnitt. Dadurch ist es möglich, eine erfindungsgemäße Vorrichtung unabhängig vom Einsatzort der Suspension innerhalb einer Maschine oder Anlage anzuordnen, beispielsweise an beliebiger Stelle eines Fluidkreislaufs.As a rule, a device according to the invention has a flow channel with a closed cross-section. This makes it possible to arrange a device according to the invention, regardless of the location of the suspension within a machine or system, for example, at any point of a fluid circuit.

Davon unterscheidet sich eine ebenfalls im Rahmen der Erfindung liegende Ausführungsform, bei der der Strömungskanal zu einer Seite hin offen ist, also ein Gerinne bildet. Diese Ausführungsform ermöglicht es, einen geeignet geformten Teil eines Gehäuses eines Maschinenelements, z. B. eines Getriebes, als Strömungskanal zu nutzen, wo das Fluid gesammelt und erneut zum Einsatzort gepumpt wird.This differs from an embodiment also within the scope of the invention, in which the flow channel is open to one side, ie forms a channel. This embodiment makes it possible, a suitably shaped part of a housing of a machine element, for. As a transmission to use as a flow channel, where the fluid is collected and pumped again to the place of use.

Der nicht magnetische oder nicht magnetisierbare Strömungsmanipulator dient, wie bereits beschrieben, der Einflussnahme auf die Strömungsbedingungen im Strömungskanal. Dazu kann der Strömungsmanipulator nur teilweise den Strömungsquerschnitt ausfüllen, was neben geringerem Materialeinsatz zusätzlich den Vorteil eines geringeren Strömungswiderstandes hat. Vorzugsweise wird in diesem Fall der Strömungsmanipulator im Zentrum des freien Strömungsquerschnitts angeordnet, da dort die auf die Partikeln wirkende Magnetkraft infolge des größeren Abstands zu den Magneten am geringsten ist. Durch den vom Strömungsmanipulator ausgeübten zusätzlichen Bewegungsimpuls in Richtung von Bereichen mit höheren magnetischen Kraftfelddichten wird ein verbesserter Abscheidegrad erreicht.The non-magnetic or non-magnetizable flow manipulator serves, as already described, to influence the flow conditions in the flow channel. For this purpose, the flow manipulator can only partially fill the flow cross-section, which in addition to lower material use additionally has the advantage of lower flow resistance. Preferably, in this case, the flow manipulator is arranged in the center of the free flow cross-section, since there the magnetic force acting on the particles due to the greater distance to the magnet is the lowest. By the additional motion impulse exerted by the flow manipulator in the direction of regions with higher magnetic force field densities, an improved degree of separation is achieved.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung füllt der Strömungsmanipulator den Strömungsquerschnitt des Strömungskanals vollständig aus. Dadurch werden sämtliche in der Dispersion mitgeführten Partikeln der Wirkung des Strömungsmanipulators unterzogen, wodurch der Abscheidegrad zusätzlich gesteigert wird. Zudem kann die Fixierung des Strömungsmanipulators durch Anliegen an den Wänden des Strömungskanals erreicht werden, ohne dass zusätzliche Befestigungsmaßnahmen nötig sind.According to another embodiment of the invention, the flow manipulator completely fills the flow cross-section of the flow channel. As a result, all the particles entrained in the dispersion are subjected to the action of the flow manipulator, whereby the degree of separation is additionally increased. In addition, the fixation of the flow manipulator can be achieved by concerns on the walls of the flow channel, without additional fastening measures are necessary.

Grundsätzlich sieht die Erfindung zwei mögliche Arten der Anordnung eines erfindungsgemäßen Strömungsmanipulators im Strömungskanal vor. Zum einen kann sich der Strömungsmanipulator mit seiner Haupterstreckungsrichtung parallel zu den Längswänden des Strömungskanals entwickeln. Der Strömungsmanipulator verläuft bei dieser Ausführungsform also parallel zur Strömungsrichtung. Die aus dem Fluid abzuscheidenden Partikeln sind dabei über ihren gesamten Strömungsweg dem Einfluss des Strömungsmanipulators ausgesetzt, was wiederum zur Steigerung der Abscheidewirkung beiträgt.In principle, the invention provides for two possible types of arrangement of a flow manipulator according to the invention in the flow channel. On the one hand, the flow manipulator can develop with its main extension direction parallel to the longitudinal walls of the flow channel. The flow manipulator thus runs parallel to the flow direction in this embodiment. The particles to be separated from the fluid are exposed to the influence of the flow manipulator over their entire flow path, which in turn contributes to increasing the separation effect.

Zum anderen kann der Strömungsmanipulator quer zur Strömungsrichtung an einer oder mehreren axial beabstandeten Ebenen im Strömungskanal angeordnet sein. Das Fluid passiert den oder die Strömungsmanipulator/en seitlich oder durch Öffnungen im Strömungsmanipulator selbst, wobei beim Durchströmen bzw. Umströmen Einfluss auf die Strömungsparameter und damit die Bahn der Partikeln genommen wird.On the other hand, the flow manipulator can be arranged transversely to the flow direction at one or more axially spaced planes in the flow channel. The fluid passes through the flow manipulator (s) laterally or through openings in the flow manipulator itself, which influences the flow parameters and thus the trajectory of the particles as they flow or flow around.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden der oder die Strömungsmanipulatoren von einem Flächenelement gebildet, besitzen also eine im Wesentlichen zweidimensionale Gestalt. Derartige Flächenelemente können Durchtrittsöffnungen aufweisen, beispielsweise wenn sie von Gittern, Lochblechen, Geflechten, Netzen und dergl. gebildet sind. Die Manipulation der Strömung findet durch Umströmen und/oder Durchströmen der Flächenelemente statt. Bei einer Anordnung parallel zur Strömungsrichtung erweist sich deren geringer Strömungswiderstand als Vorteil, bei einer Anordnung senkrecht zur Strömungsrichtung die Manipulation der Strömung über den gesamten Strömungsquerschnitt.According to one embodiment of the invention, the flow manipulator (s) are formed by a surface element, ie they have a substantially two-dimensional shape. Such surface elements may have through openings, for example, if they are formed by gratings, perforated plates, braids, nets and the like. The manipulation of the flow takes place by flowing around and / or flowing through the surface elements. In an arrangement parallel to the flow direction proves their low flow resistance as an advantage, in an arrangement perpendicular to the flow direction, the manipulation of the flow over the entire flow cross-section.

Alternativ kann der Strömungsmanipulator von einem Fasergebilde gebildet sein, beispielsweise einem Vlies, bei dem die Fasern in ungeordneter Lage angeordnet sind und die Durchströmung des Strömungskanals innerhalb des Fasergebildes erfolgt. Jede Faser quer zur Strömungsrichtung stellt dabei einen Strömungswiderstand dar, der einen Anteil zur Einflussnahme auf die Strömung beiträgt.Alternatively, the flow manipulator may be formed by a fiber structure, for example a fleece, in which the fibers are arranged in a disordered position and the flow through the flow channel takes place within the fiber structure. Each fiber transversely to the flow direction is a flow resistance, which contributes a share to influence the flow.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht einen flächenförmigen Strömungsmanipulator vor, dessen Oberfläche eine quer zur Strömungsrichtung verlaufende Wellenstruktur aufweist. Die schräg zur Strömungsrichtung verlaufenden Flanken zwischen Wellenbergen und Wellentälern bilden Strömungsleitflächen, an denen die Strömung quer zur Hauptströmungsrichtung umgelenkt wird.Another embodiment of the invention provides a sheet-like flow manipulator whose surface is transverse to the Having flow direction extending wave structure. The flanks extending at an angle to the flow direction between wave crests and wave troughs form flow guide surfaces, at which the flow is deflected transversely to the main flow direction.

Die im Strömungskanal angeordnete Abscheidestruktur dient der Aufnahme und Immobilisierung der aus dem Fluid ausgeschiedenen Partikeln, was durch Anhaften der Partikeln an der Abscheidestruktur infolge der vorherrschenden Magnetkräfte geschieht. Dabei kann die Abscheidestruktur selbst magnetisch oder magnetisierbar sein, mit dem Vorteil einer hohen magnetischen Kraftfelddichte im Strömungskanal und daher einer hohen Abscheidewirkung.The deposition structure arranged in the flow channel serves to receive and immobilize the particles which have separated out from the fluid, which occurs due to adherence of the particles to the deposition structure as a result of the prevailing magnetic forces. In this case, the deposition structure itself may be magnetic or magnetizable, with the advantage of a high magnetic field density in the flow channel and therefore a high separation efficiency.

Alternativ kann die Abscheidestruktur aus wirtschaftlichen oder anderen Erwägungen heraus aus einem nicht magnetischen oder nicht magnetisierbaren Material bestehen, beispielsweise aus einem Kunststoff. In diesem Fall dient die Abscheidestruktur im Wesentlichen der Bereitstellung von Aufnahmeflächen und/oder Aufnahmeräumen, während die auf die Partikeln einwirkenden Rückhaltekräfte nicht von der Abscheidestruktur selbst ausgehen.Alternatively, for economic or other reasons, the deposition structure may be made of a non-magnetic or non-magnetizable material, such as a plastic. In this case, the deposition structure essentially serves to provide receiving surfaces and / or receiving spaces, while the retention forces acting on the particles do not originate from the deposition structure itself.

In einer einfachen und kostengünstigen Ausführungsform der Erfindung wird die Abscheidestruktur von ebenen oder zylindrischen Flächenelementen gebildet, an deren geschlossener Oberfläche die abzutrennenden Partikeln anhaften. Demgegenüber bevorzugt ist jedoch eine Ausgestaltung der Abscheidestruktur in Form von Flächenelementen mit Ausnehmungen oder Vertiefungen in der Oberfläche, die einen Aufnahmeraum für die Partikeln bilden. Die ausgeschiedenen Partikeln werden dabei außerhalb des dem Fluid zur Verfügung stehenden Strömungsquerschnitts zurückgehalten, was zum einen den Vorteil bringt, dass der Strömungsquerschnitt nicht verengt wird und zum anderen, dass abgeschiedene Partikeln sich nicht infolge der von der Strömung ausgeübten Schleppkraft von der Abscheidestruktur lösen.In a simple and inexpensive embodiment of the invention, the deposition structure is formed by flat or cylindrical surface elements, on the closed surface of which the particles to be separated adhere. In contrast, however, an embodiment of the deposition structure in the form of surface elements with recesses or depressions in the surface, which form a receiving space for the particles, is preferred. The precipitated particles are retained outside the flow cross section available to the fluid, which on the one hand has the advantage that the flow cross section is not narrowed and, on the other hand, that separated particles do not detach from the precipitation structure as a result of the drag force exerted by the flow.

Auch wenn die Abscheidestruktur gemäß der Erfindung unmittelbar von der Kanalwand gebildet sein kann, so ist dennoch eine Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, bei der die Abscheidestruktur als eigenständiges Bauteil im Strömungskanal angeordnet ist und dabei vorzugsweise an mindestens einer Wand des Strömungskanals anliegt, insbesondere an zwei sich gegenüberliegenden Wänden. Auf diese Weise lassen sich die abgeschiedenen Partikeln einfach und rasch durch Austausch der Abscheidestruktur aus der Vorrichtung entfernen.Although the separation structure according to the invention may be formed directly by the channel wall, an embodiment of the invention is nevertheless preferred in which the separation structure is arranged as an independent component in the flow channel and thereby preferably abuts at least one wall of the flow channel, in particular two opposite walls. In this way, the deposited particles can be easily and quickly removed by replacement of the deposition structure from the device.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Abscheidestruktur von einem Fasergebilde gebildet ist. Die Fasern des Fasergebildes können dabei gewebe-, gewirk-, netz- oder vliesartig entlang einer oder mehrerer Kanalwände verlaufen. Die auf diese Weise von den einzelnen Fasern gebildete große Oberfläche ermöglicht die sichere Aufnahme einer Vielzahl von Partikeln.According to one embodiment of the invention it is provided that the deposition structure is formed by a fiber structure. The fibers of the fiber structure can thereby be woven, knitted, net or fleece-like along one or more channel walls. The large surface area formed by the individual fibers in this way enables the secure reception of a large number of particles.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, die Fasern des Fasergebildes bürstenartig senkrecht zur Strömungsrichtung in den Strömungskanal hineinreichen zu lassen, wobei die abzuscheidenden Partikeln zwischen den einzelnen Fasern gefangen werden. Das Volumen des auf diese Weise zur Verfügung gestellten Aufnahmeraums für die abgeschiedenen Partikeln kann durch die Länge der einzelnen Fasern bestimmt werden.Another embodiment of the invention provides for the fibers of the fiber structure to extend in a brush-like manner perpendicular to the flow direction into the flow channel, wherein the particles to be separated are trapped between the individual fibers. The volume of the deposition space for the deposited particles thus provided can be determined by the length of the individual fibers.

In bevorzugter Weiterbildung der Erfindung ist die Vorrichtung mit einer Wärmetauschereinrichtung kombiniert, was sich vor allem bei Anwendungen als vorteilhaft erweist, bei denen sich das Fluid einsatzspezifisch erwärmt, beispielsweise bei Getriebe- oder Schmierölen. In diesen Fällen übernimmt die Abscheidevorrichtung gleichzeitig die Kühlung des Fluids und steigert somit die Funktionalität der Vorrichtung bei gleichzeitigem Erhalt eines kompakten Aufbaus.In a preferred development of the invention, the device is combined with a heat exchanger device, which proves to be particularly advantageous in applications in which the fluid is heated in an application-specific manner, for example in gear oils or lubricating oils. In these cases, the deposition takes over the same time the cooling of the fluid and thus increases the functionality of the device while maintaining a compact design.

In Umsetzung dieses Gedankens wird bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung die Wärmetauscherfläche vom Strömungsmanipulator gebildet. Durch die exponierte Anordnung der Wärmetauscherflächen in der Strömung ist ein sehr wirkungsvoller Wärmeübergang gewährleistet.In implementing this idea, in a first embodiment of the invention, the heat exchanger surface is formed by the flow manipulator. Due to the exposed arrangement of the heat exchanger surfaces in the flow a very effective heat transfer is ensured.

Zusätzlich oder alternativ kann die Wärmetauscherfläche auch von der Abscheidestruktur gebildet sein, z. B. von der Kanalwand selbst oder an der Kanalwand anliegenden Flächenelementen. Diese Ausführungsform ermöglicht eine einfache und dabei effektive Wärmeableitung durch thermische Kopplung mit dem Gehäuse der Vorrichtung.Additionally or alternatively, the heat exchanger surface may also be formed by the deposition structure, for. B. of the channel wall itself or on the channel wall adjacent surface elements. This embodiment allows a simple and effective heat dissipation by thermal coupling with the housing of the device.

Zur Steigerung des Wirkungsgrads der Wärmetauschereinrichtung kann diese Hohlräume aufweisen, die von einem Wärmeträgermedium durchströmt sind. Vorzugsweise werden dabei sowohl Wärmetauschereinrichtung als auch Strömungsmanipulator bzw. Abscheidestruktur von Rohren gebildet, die auf diese Weise mehrere Funktionen gleichzeitig erfüllen. Sind die Rohre im Kernbereich des freien Strömungsquerschnitts angeordnet, so kommt ihnen als primäre Funktion die Manipulation der Strömung zu. Verlaufen die Rohre hingegen entlang der Kanalwände, so bilden die lichten Abstände zwischen den einzelnen Rohrabschnitten Aufnahmeräume zur Aufnahme der abgeschiedenen Partikeln.To increase the efficiency of the heat exchanger device, these cavities may have, which are traversed by a heat transfer medium. Both heat exchanger device and flow manipulator or deposition structure of tubes are preferably formed, which fulfill several functions simultaneously in this way. If the tubes are arranged in the core region of the free flow cross-section, the manipulation of the flow is their primary function. On the other hand, if the tubes run along the channel walls, the clear distances between the individual tube sections form receiving spaces for receiving the separated particles.

Die Erfindung wird nachstehend anhand in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert, wobei weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung offenbar werden. Für gleiche oder gleichwirkende Merkmale werden dabei gleichlautende Bezugszeichen verwendet, soweit dies dem besseren Verständnis der Erfindung dient.The invention will be explained in more detail below with reference to embodiments illustrated in the drawings, wherein further features and Advantages of the invention will become apparent. Identical reference symbols are used for the same or equivalent features as far as this serves to better understand the invention.

Es zeigtIt shows

1 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung entlang der in 2 dargestellten Linie I-I, 1 a cross section through a device according to the invention along the in 2 illustrated line II,

2 einen Teillängsschnitt durch die in 1 dargestellte Vorrichtung entlang der dortigen Linie II-II, die 2 a partial longitudinal section through the in 1 shown device along the local line II-II, the

3a, 3b und 3c Ansichten unterschiedlicher Abwandlungen einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abscheidestruktur, 3a . 3b and 3c Views of different modifications of a first embodiment of a deposition structure according to the invention,

4 einen Teillängsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abscheidestruktur, 4 a partial longitudinal section through a device according to the invention with a second embodiment of a deposition structure according to the invention,

5 einen Teillängsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abscheidestruktur, 5 a partial longitudinal section through a device according to the invention with a third embodiment of a deposition structure according to the invention,

6 einen Teillängsschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer vierten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Abscheidestruktur, 6 a partial longitudinal section through a device according to the invention with a fourth embodiment of a deposition structure according to the invention,

7 einen Teillängsschnitt durch den Strömungskanal einer erfindungsgemäßen Vorrichtung im Bereich des Strömungsmanipulators entlang der in 8a dargestellten Linie VII – VII, die 7 a partial longitudinal section through the flow channel of a device according to the invention in the region of the flow manipulator along the in 8a represented line VII - VII, the

8a, 8b und 8c Ansichten unterschiedlicher Abwandlungen des in 7 gezeigten Strömungsmanipulators innerhalb des Strömungskanals entlang der dortigen Linie VIII-VIII, 8a . 8b and 8c Views of different variations of the in 7 shown flow manipulator within the flow channel along the line there VIII-VIII,

9 einen Teillängsschnitt durch den Strömungskanal einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit quer zur Strömungsrichtung angeordneten Strömungsmanipulatoren entlang der in 10a dargestellten Linie IX-IX, die 9 a partial longitudinal section through the flow channel of a device according to the invention with arranged transversely to the flow direction flow manipulators along the in 10a represented line IX-IX, the

10a bis d Ansichten unterschiedlicher Abwandlungen des in 9 dargestellten Strömungsmanipulators innerhalb des Strömungskanals entlang der dortigen Linie X-X, 10a to d views of different variations of the in 9 illustrated flow manipulator within the flow channel along the line XX there,

11 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit integrierter Wärmetauschereinrichtung, 11 a longitudinal section through a first embodiment of a device according to the invention with integrated heat exchanger device,

12 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit integrierter Wärmetauschereinrichtung, 12 a cross section through a second embodiment of a device according to the invention with integrated heat exchanger device,

13 einen Schnitt durch die in 12 dargestellte Wärmetauschereinrichtung entlang der dortigen Linie XIII-XIII, 13 a section through the in 12 illustrated heat exchanger device along the line there XIII-XIII,

14 einen Längsschnitt durch eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit von der Abscheidestruktur gebildeter Wärmetauschereinrichtung, 14 a longitudinal section through a third embodiment of a device according to the invention with formed by the deposition structure heat exchanger device,

15 einen Querschnitt durch eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit von der Abscheidestruktur gebildeter Wärmetauschereinrichtungen, 15 a cross-section through a fourth embodiment of a device according to the invention with formed by the deposition structure heat exchanger devices,

16 einen Querschnitt durch eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Wärmetauschereinrichtung entlang der in 17 dargestellten Linie XVI-XVI, 16 a cross-section through a fifth embodiment of a device according to the invention with heat exchanger device along in 17 represented line XVI-XVI,

17 einen Längsschnitt durch die in 16 dargestellte Ausführungsform entlang der dortigem Linie XVII-XVII, und 17 a longitudinal section through the in 16 illustrated embodiment along the local line XVII-XVII, and

18 einen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit ringscheibenförmigem Strömungskanal. 18 a cross section through a device according to the invention with annular disk flow channel.

Die 1 bis 3a zeigen eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wobei 1 einen Querschnitt und 2 einen Längsschnitt durch die Vorrichtung darstellt. Man sieht ein Gehäuse 1 mit einer oberen plattenförmigen Gehäusewand 2 und einer im Randbereich durch seitliche Gehäusewände 3 und 4 in planparallelem Abstand gehaltenen unteren Gehäusewand 5. Die Gehäusewände 2, 3, 4 und 5 umschließen auf diese Weise einen Strömungskanal 6 mit gedrungenem rechteckförmigem Strömungsquerschnitt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Breite des Strömungskanals 6 mehr als viermal so groß ist wie dessen Höhe. Der Strömungskanal 6 dient zur Durchleitung einer mit Partikeln beladenen Suspension, deren Strömungsrichtung mit dem Pfeil 7 angegeben ist. Die Achse des Gehäuses 1 und damit des Strömungskanals 6 ist mit dem Bezugszeichen 8 gekennzeichnet.The 1 to 3a show a first embodiment of a device according to the invention, wherein 1 a cross section and 2 a longitudinal section through the device represents. You see a case 1 with an upper plate-shaped housing wall 2 and one in the edge region through lateral housing walls 3 and 4 held in plane-parallel distance lower housing wall 5 , The housing walls 2 . 3 . 4 and 5 enclose a flow channel in this way 6 with squat rectangular flow cross-section. In the present embodiment, the width of the flow channel 6 more than four times its height. The flow channel 6 serves for the passage of a particle-laden suspension, whose flow direction with the arrow 7 is specified. The axis of the housing 1 and thus the flow channel 6 is with the reference numeral 8th characterized.

An der Außenseite der oberen Gehäusewand 2 und unteren Gehäusewand 5 ist jeweils ein rechteckförmiger, den Rand der Gehäusewände 2 und 5 umlaufender Zentrierrahmen 9 angeordnet, der zusammen mit den Gehäusewänden 2 und 5 jeweils eine Vertiefung zur Aufnahme einer Anzahl von Permanentmagneten 10 bildet. Die Permanentmagnete 10 sind dabei mit wechselseitiger Anordnung der Pole über die gesamte Breite und Länge des Strömungskanals 6 angeordnet und erzeugen auf diese Weise ein permanentes offenes Magnetfeld, in dessen Wirkungsbereich der Strömungskanal 6 liegt.On the outside of the upper housing wall 2 and lower housing wall 5 is in each case a rectangular, the edge of the housing walls 2 and 5 circumferential centering frame 9 arranged, which together with the housing walls 2 and 5 one recess each for receiving a number of permanent magnets 10 forms. The permanent magnets 10 are doing with mutual arrangement of the poles over the entire width and length of the flow channel 6 arranged and generate in this way a permanent open magnetic field, in the sphere of action of the flow channel 6 lies.

Im Strömungskanal 6 sieht man eine Abscheidestruktur, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel von einem oberen und unteren Gitter 11 gebildet ist, die die den Magneten 10 zugewandten Kanalwände 2 und 5 über die gesamte Länge und Breite des Strömungskanals 6 bedecken.In the flow channel 6 If one sees a deposition structure, in the present embodiment of an upper and lower grid 11 is formed, which is the magnet 10 facing canal walls 2 and 5 over the entire length and width of the flow channel 6 cover.

3a zeigt eine Teilansicht auf das Gitter 11, das eine Vielzahl rechteckförmiger Öffnungen 12 besitzt, die durch Stege 13 voneinander getrennt sind. Die Öffnungen 12 bilden in der Ebene der Gitter 11 liegende Aufnahmeräume, in denen sich die abzuscheidenden Partikeln ansammeln, ohne dabei den Strömungsquerschnitt des Strömungskanals 6 zu verengen. 3a shows a partial view of the grid 11 which has a plurality of rectangular openings 12 owns that by webs 13 are separated from each other. The openings 12 form in the plane of the grid 11 lying receiving spaces in which accumulate the particles to be separated, without affecting the flow cross-section of the flow channel 6 to narrow.

Der von den seitlichen Kanalwänden 3 und 4 und den beiden Gittern 11 begrenzte freie Strömungsquerschnitt dient der Aufnahme eines nicht magnetischen oder nicht magnetisierbaren Strömungsmanipulators, dessen Funktion es ist, die Strömung 7 der Suspension derart zu beeinflussen, dass der Strömungsweg der Partikeln relativ zur Hauptströmrichtung 7 lokal verändert wird.The one of the side channel walls 3 and 4 and the two bars 11 limited free flow cross-section serves to accommodate a non-magnetic or non-magnetizable flow manipulator whose function is the flow 7 to influence the suspension such that the flow path of the particles relative to the main flow direction 7 is changed locally.

Zu diesem Zweck besteht der in den 1 und 2 dargestellte Strömungsmanipulator aus einem ungeordneten Fasergebilde 14 aus Kunststoff, das den freien Strömungsquerschnitt vollständig ausfüllt. Die Fasern weisen beispielsweise einen Durchmesser im Bereich von 0,1 bis 1 mm auf. Aufgrund der geringen Faserdichte bleibt die Durchströmbarkeit des Strömungskanals 6 weiterhin erhalten.For this purpose, there is in the 1 and 2 illustrated flow manipulator from a disordered fiber structure 14 made of plastic, which completely fills the free flow cross-section. The fibers have, for example, a diameter in the range of 0.1 to 1 mm. Due to the low fiber density, the flow through the flow channel remains 6 continue to receive.

Die stirnseitigen Enden der Vorrichtung sind nicht dargestellt, werden jedoch in bekannter Art und Weise von einem Zulauf zum und einem Ablauf vom Strömungskanal 6 gebildet, die an Leitungssystem angeschlossen sind.The front ends of the device are not shown, but are in a known manner by an inlet to and a drain from the flow channel 6 formed, which are connected to piping system.

Im Zuge der Durchströmung des Fasergebildes 14 werden die Partikeln an den Fasern von ihrer ursprünglichen Bahn abgelenkt. Infolge der damit einhergehenden Annäherung an die Magnete 10 gelangen die Partikeln in Bereiche höherer magnetischer Kraftfelddichte und sind somit höheren Magnetkräften ausgesetzt. Gleichzeitig führt die Beeinflussung des Strömungswegs zu einer Annäherung einzelner Partikeln untereinander, wodurch diese Agglomerate bilden können. Aufgrund der damit einhergehenden Volumenzunahme sind die Agglomerate einer höheren Magnetkraft unterworfen. Beides trägt zur Steigerung des Wirkungsgrads einer erfindungsgemäßen Abscheidevorrichtung bei.In the course of the flow through the fiber structure 14 The particles on the fibers are deflected from their original orbit. As a result of the associated approach to the magnets 10 The particles enter areas of higher magnetic field density and are thus exposed to higher magnetic forces. At the same time, the influence of the flow path leads to an approach of individual particles with each other, whereby they can form agglomerates. Due to the associated volume increase, the agglomerates are subjected to a higher magnetic force. Both contribute to increasing the efficiency of a separation device according to the invention.

Gegenstand der 3b und 3c sind Abwandlungen der in den 1 und 2 dargestellten Gitter 11. Bei der in 3b gezeigten Abwandlung handelt es sich um ein Lochblech 15 mit kreisrunden Öffnungen 16, die bezogen auf die Strömungsrichtung 7 mit einem seitlichen Versatz zueinander angeordnet sind. Die Öffnungen 16 bilden wiederum Aufnahmeräume für die abzuscheidenden Partikeln.Subject of the 3b and 3c are variations of the in the 1 and 2 illustrated grid 11 , At the in 3b shown modification is a perforated plate 15 with circular openings 16 related to the flow direction 7 are arranged with a lateral offset from each other. The openings 16 form again receiving spaces for the particles to be separated.

Die in 3c dargestellte Abwandlung der Abscheidestruktur besteht aus einem Lochblech 17, dessen Öffnungen 18 ellipsenförmig ausgebildet sind, wobei die längere Hauptachse parallel zur Strömungsrichtung 7 verläuft und somit den einzelnen Partikeln im Vergleich zu kreisförmigen Öffnungen mehr Zeit zum Eindringen in den Aufnahmeraum zur Verfügung steht.In the 3c illustrated modification of the deposition structure consists of a perforated plate 17 whose openings 18 elliptical, wherein the longer main axis parallel to the flow direction 7 runs and thus the individual particles compared to circular openings more time to penetrate into the receiving space is available.

Weitere Ausführungsformen der Abscheidestruktur zeigen jeweils in einem Teillängsschnitt die 4, 5 und 6, wobei hinsichtlich des Aufbaus des Gehäuses 1 auf das unter den 1 und 2 Gesagte Bezug genommen wird. Bei der in 4 gezeigten Ausführungsform wird die Abscheidestruktur von einem ungeordneten Fasergebilde 19 gebildet, das sich jeweils entlang der oberen und unteren Gehäusewände 2 und 5 erstreckt. Das Fasergebilde 19 weist eine dichtere Struktur auf als das den Strömungsmanipulator bildende Fasergebilde 14, so dass im Wesentlichen keine axiale Durchströmung des Fasergebildes erfolgt. Das Fasergebilde 19 kann sowohl aus einem magnetischen/magnetisierbaren Material wie z. B. Stahl als auch aus einem nicht magnetischen Material wie z. B. Kunststoff gebildet sein. Die zwischen den Fasern vorhandenen Zwischenräume dienen der Aufnahme der auszuscheidenden Partikeln.Further embodiments of the deposition structure each show in a partial longitudinal section 4 . 5 and 6 , wherein in terms of the construction of the housing 1 on the under the 1 and 2 Said reference is made. At the in 4 In the embodiment shown, the deposition structure becomes of a disordered fiber structure 19 formed, each along the upper and lower housing walls 2 and 5 extends. The fiber structure 19 has a denser structure than the fibrous structure forming the flow manipulator 14 , so that there is substantially no axial flow through the fiber structure. The fiber structure 19 can both a magnetic / magnetizable material such. As steel as well as a non-magnetic material such. B. plastic may be formed. The intermediate spaces between the fibers serve to accommodate the excreted particles.

Davon unterscheidet sich die Ausführungsform gemäß 5 durch Anordnung eines geordneten Fasergebildes 20 entlang der Innenseiten der oberen und unteren Kanalwände 2 und 5. Das geordnete Fasergebilde 20 setzt sich aus einer Vielzahl senkrecht zur Strömungsrichtung 7 verlaufender Fasern 21 zusammen, die auf einem Grundgewebe 22 nach Art von Florfäden bürstenartig verankert sind. Der Durchmesser der Fasern 21 liegt in einem Bereich von 0,1 bis 1 mm und die Dichte der Fäden 21 beträgt 25 bis 250 Stück pro cm². Durch die Magnetkraft werden die einzelnen Partikeln zum Grund des Fasergebildes 20 gezogen und dort zwischen den einzelnen Fasern 21 festgehalten.This differs from the embodiment according to 5 by arranging an ordered fiber structure 20 along the insides of the upper and lower channel walls 2 and 5 , The ordered fiber structure 20 consists of a variety perpendicular to the flow direction 7 running fibers 21 Together, on a ground fabric 22 are anchored like a brush in the manner of pile threads. The diameter of the fibers 21 is in a range of 0.1 to 1 mm and the density of the threads 21 is 25 to 250 pieces per cm ² . Due to the magnetic force, the individual particles to the bottom of the fiber structure 20 pulled and there between the individual fibers 21 recorded.

Anstelle der Fasern 21 können auch eine Vielzahl lammellenartig angeordneter Bleche oder Folien die Abscheidestruktur bilden. Bei dieser – nicht dargestellter – Ausführungsform erstrecken sich die Bleche oder Folien wie die Fasern 21 quer zur Strömungsrichtung 7 in den Strömungsraum 6 hinein, wobei deren Ebenen orthogonal zur Strömungsrichtung 7 oder parallel oder schräg dazu angeordnet sein können. Die Dichte der Bleche oder Folien beträgt vorzugsweise 5 bis 25 Stück pro cm.Instead of the fibers 21 can also be a variety of lamellar sheets or sheets form the Abscheidestruktur. In this embodiment, not shown, the sheets or foils extend like the fibers 21 transverse to the flow direction 7 in the flow space 6 into it, with their planes orthogonal to the flow direction 7 or may be arranged parallel or obliquely thereto. The density of the sheets or foils is preferably 5 to 25 pieces per cm.

6 offenbart eine Abscheidestruktur aus einem dünnwandigen Element 23 mit wellenförmigem Verlauf, das sich entlang der Innenseiten der oberen Gehäusewand 2 und unteren Gehäusewand 5 entwickelt. Dabei liegen die Wellentäler 24 an den Gehäusewänden 2 und 5 an, während die Wellenberge 25 der Achse 8 zugewandt sind. Wellentäler 24 und Wellenberge 25 verlaufen quer zur Strömungsrichtung 7, wobei gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Wellenberge 25 des oberen Elements 23 den Wellentälern 24 des unteren Elements 23 gegenüberliegen. Auf diese Weise bildet sich eine zwischen den Elementen 23 hin und her pendelnde Strömung aus, die ein Abscheiden der Partikeln aus der Suspension begünstigt. Die abgeschiedenen Partikeln werden dabei in den Wellentälern 24 der Elemente 23 aufgenommen. 6 discloses a deposition structure of a thin-walled element 23 with a wavy shape that extends along the insides of the upper housing wall 2 and lower housing wall 5 developed. Here are the troughs 24 on the housing walls 2 and 5 on while the wave mountains 25 the axis 8th are facing. troughs 24 and wave mountains 25 run transversely to the flow direction 7 , wherein according to a preferred embodiment of the invention, the wave crests 25 of the upper element 23 the troughs 24 of the lower element 23 are opposite. In this way, one forms between the elements 23 oscillating flow back and forth, which promotes a separation of the particles from the suspension. The separated particles are in the troughs 24 of the elements 23 added.

Gegenstand der 7 bis 10d sind unterschiedliche Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Strömungsmanipulators, wobei die 7 bis 8c Ausführungsformen betreffen, deren Haupterstreckungsrichtung mit der Strömungsrichtung 7 zusammenfällt, sich der Strömungsmanipulator also im Wesentlichen über die gesamte Länge des Strömungskanals 6 erstreckt. Hingegen zeigen die 9 bis 10d Ausführungsformen eines Strömungsmanipulators mit Haupterstreckungsrichtung quer zur Strömungsrichtung 7 im Strömungskanal 6.Subject of the 7 to 10d are different embodiments of a flow manipulator according to the invention, wherein the 7 to 8c Embodiments relate to the main extension direction with the flow direction 7 coincides, the flow manipulator so substantially over the entire length of the flow channel 6 extends. On the other hand, the show 9 to 10d Embodiments of a flow manipulator with main extension direction transverse to the flow direction 7 in the flow channel 6 ,

Bei der in 7 in einer Draufsicht und in 8a in einem Querschnitt gezeigten Ausführungsform wird der Strömungsmanipulator von einem Gitter 26 gebildet, das aus kreuzenden Stäben 27 und 28 zusammengesetzt ist. In den Kreuzungspunkten sind die Stäbe 27 und 28 miteinander verbunden. Die Längsachse der Stäbe 27 schließt mit der Strömungsrichtung 7 einen Winkel α ein, der vorzugsweise zwischen 30° und 60° liegt, um einen Impuls auf die Durchströmung quer zur Strömungsrichtung 7 zu erzeugen. Wie vor allem aus 8a hervorgeht, liegen die achsparallelen Stäbe 27 und die im Winkel dazu angeordneten achsparallelen Stäbe 28 jeweils in einer Ebene übereinander, bilden also auf diese Weise eine obere Lage und eine untere Lage, und sind mittig im freien Strömungsquerschnitt des Strömungskanals und planparallel zur oberen Gehäusewand 2 bzw. unteren Gehäusewand 5 angeordnet. Somit befindet sich der Strömungsmanipulator in einer Zone des Strömungskanals 6, wo die auf die Partikeln wirkenden Magnetkräfte aufgrund des maximalen Abstands zu den Magneten 10 am schwächsten sind.At the in 7 in a plan view and in 8a In an embodiment shown in cross-section, the flow manipulator becomes a grid 26 made up of crossing bars 27 and 28 is composed. In the crossing points are the bars 27 and 28 connected with each other. The longitudinal axis of the bars 27 closes with the flow direction 7 an angle α, which is preferably between 30 ° and 60 °, to impulse the flow across the flow direction 7 to create. Especially from 8a shows, are the paraxial rods 27 and the axially parallel rods arranged at an angle thereto 28 each one above the other in a plane, thus forming in this way an upper layer and a lower layer, and are centered in the free flow cross-section of the flow channel and plane-parallel to the upper housing wall 2 or lower housing wall 5 arranged. Thus, the flow manipulator is located in a zone of the flow channel 6 where the magnetic forces acting on the particles due to the maximum distance to the magnets 10 are the weakest.

Von dieser Ausführungsform unterscheidet sich der Strömungsmanipulator gemäß 8b lediglich durch die Anordnung mehrerer planparalleler Gitter 26 übereinander, wodurch der Einfluss des Strömungsmanipulators auf die Strömung 7 der Suspension verstärkt wird.From this embodiment, the flow manipulator differs according to 8b only by the arrangement of several plane-parallel lattice 26 over each other, reducing the influence of the flow manipulator on the flow 7 the suspension is amplified.

Eine Abwandlung hiervon betrifft den Strömungsmanipulator gemäß 8c, bei dem ein Gitter 26' dreilagig aufgebaut ist, wobei die Stäbe 28 der oberen Lage und Stäbe 28' der unteren Lage achsparallel zueinander verlaufen und die kreuzenden Stäbe 27 der mittleren Lage einschließen. Die Ausführungsform gemäß 8c umfasst zwei solcher Gitter 26, die planparallel übereinander im Zentrum des freien Strömungsquerschnitts des Strömungskanals 6 angeordnet sind.A modification thereof relates to the flow manipulator according to 8c in which a grid 26 ' is constructed in three layers, with the bars 28 the upper layer and bars 28 ' the lower layer axially parallel to each other and the crossing rods 27 Include the middle position. The embodiment according to 8c includes two such grids 26 , which are plane-parallel one above the other in the center of the free flow cross-section of the flow channel 6 are arranged.

Eine nicht dargestellte Ausführungsform sieht eine gewebeartige Ausbildung des Strömungsmanipulators vor, wobei sich flexible Stäbe kreuzen und dabei zwischen einer oberen Lage und unteren Lage wechseln.An embodiment, not shown, provides a fabric-like design of the flow manipulator, wherein intersect flexible rods and thereby switch between an upper layer and lower layer.

Die in 9 in einer Draufsicht gezeigte Ausführungsform eines Strömungsmanipulators zeichnet sich durch eine Anordnung des Strömungsmanipulators quer zur Strömungsrichtung 7 aus. Der Strömungsmanipulator wird von Flächenelementen 30 gebildet, die orthogonal zur Strömungsrichtung 7 verlaufen und die im Bereich des freien Strömungsquerschnitts des Strömungskanals 6 Öffnungen 31 für den Durchtritt der Suspension aufweisen. Die Strömung wird daher zu den Öffnungen 31 hin gebündelt und erfährt dahinter wiederum eine Auffächerung, wobei mitgeführte Partikeln den Magneten 10 angenähert werden.In the 9 an embodiment of a flow manipulator shown in a plan view is characterized by an arrangement of the flow manipulator transverse to the flow direction 7 out. The flow manipulator is made of surface elements 30 formed, which are orthogonal to the flow direction 7 run and in the region of the free flow cross-section of the flow channel 6 openings 31 for the passage of the suspension. The flow therefore becomes the openings 31 bundled down and learns behind it again a fanning, with entrained particles the magnet 10 be approximated.

Die 10a bis 10d zeigen unterschiedliche Ausführungsformen der Flächenelemente 30, 30', 30'', 30''' in einer Ansicht parallel zur Strömungsrichtung 7. Wie aus 10a ersichtlich können die Flächenelemente 30 eine Gitterstruktur mit rechteckförmigen Öffnungen 31 aufweisen, die fluchtend oder mit Versatz zueinander angeordnet sind. Bei der Ausführungsform der Flächenelemente 30' gemäß 10b besitzen die Durchtrittsöffnungen 31' kreisförmige Gestalt, wobei seitlich benachbarte Durchtrittsöffnungen 31' einen Höhenversatz zueinander aufweisen. Davon unterscheiden sich die Flächenelemente 30'' gemäß 10c lediglich durch die Form und Anzahl der Durchtrittsöffnungen 31'', die in diesem Fall Ellipsenform besitzen. 10d zeigt ein gitterartiges Flächenelement 30''', dessen Durchtrittsöffnungen 31''' von kreuzenden Stäben 32 gebildet sind.The 10a to 10d show different embodiments of the surface elements 30 . 30 ' . 30 '' . 30 ''' in a view parallel to the flow direction 7 , How out 10a The surface elements can be seen 30 a lattice structure with rectangular openings 31 have, which are arranged in alignment or with offset from each other. In the embodiment of the surface elements 30 ' according to 10b own the passages 31 ' circular shape, with laterally adjacent passage openings 31 ' have a height offset to each other. This is different from the surface elements 30 '' according to 10c only by the shape and number of passages 31 '' which in this case possess elliptical shape. 10d shows a grid-like surface element 30 ''' , whose passages 31 ''' of crossing bars 32 are formed.

Die 11 bis 17 betreffen Ausführungsformen der Erfindung mit integrierter Wärmetauschereinrichtung, wobei der Grundaufbau der Vorrichtung mit oberer Gehäusewand 2, seitlichen Gehäusewänden 3 und 4, unterer Gehäusewand 5 und Strömungskanal 6 dem unter den 1 bis 10d beschriebenen entspricht, so dass auf die dortige Beschreibung verwiesen wird. Bei den Ausführungsformen gemäß der 11 bis 13 ist die Wärmetauschereinrichtung mit dem Strömungsmanipulator kombiniert, während die Ausführungsformen gemäß der 14 bis 17 eine Kombination der Wärmetauschereinrichtung mit der Abscheidestruktur vorsehen.The 11 to 17 relate to embodiments of the invention with integrated heat exchanger device, wherein the basic structure of Device with upper housing wall 2 , lateral housing walls 3 and 4 , lower housing wall 5 and flow channel 6 under the 1 to 10d described, so that reference is made to the description there. In the embodiments according to the 11 to 13 the heat exchanger device is combined with the flow manipulator, while the embodiments according to the 14 to 17 provide a combination of the heat exchanger device with the Abscheidestruktur.

In 11 ist eine erste Ausführungsform einer Wärmetauschereinrichtung 32 dargestellt, die von einer Vielzahl seitlich beabstandeter achsparalleler Rohre 33 gebildet ist, die in zwei zu den Gehäusewänden 2 bzw. 5 planparallelen Ebenen angeordneten sind. Dabei können die Rohre 33 beider Ebenen wie dargestellt quer zur Strömungsrichtung 7 verlaufen, oder aber die Rohre 33 beider Ebenen verlaufen in Strömungsrichtung 7 (nicht dargestellt) oder die Rohre 33 einer Ebene kreuzen sich mit den Rohren 33 der benachbarten Ebene (nicht dargestellt). Die Enden der Rohre 33 sind an einen Kühlkreislauf angeschlossen, so dass das Wärmeträgermedium des Kühlkreislaufes die Rohre 33 durchströmt.In 11 is a first embodiment of a heat exchanger device 32 represented by a plurality of laterally spaced axially parallel tubes 33 formed in two to the housing walls 2 respectively. 5 plane-parallel planes are arranged. The pipes can 33 both planes as shown transversely to the flow direction 7 run, or the pipes 33 Both levels are in the flow direction 7 (not shown) or the pipes 33 a plane intersect with the pipes 33 the adjacent level (not shown). The ends of the pipes 33 are connected to a cooling circuit, so that the heat transfer medium of the cooling circuit, the pipes 33 flows through.

Durch die Anordnung der Rohre 33 im freien Strömungsquerschnitt des Strömungskanals 6 zwischen der Abscheidestruktur an der oberen Gehäusewand 2 und unteren Gehäusewand 5 kommt der Wärmetauschereinrichtung gleichzeitig die Funktion als Strömungsmanipulator zu, da die Strömung 7 an den Rohren 33 zwangsweise umgelenkt wird.By the arrangement of the pipes 33 in the free flow cross-section of the flow channel 6 between the deposition structure on the upper housing wall 2 and lower housing wall 5 At the same time, the heat exchanger device functions as a flow manipulator because the flow 7 on the pipes 33 forcibly diverted.

Die in 12 und 13 dargestellte Wärmetauschereinrichtung 32' unterscheidet sich davon durch einen mäandrierenden Verlauf des Rohres 33' innerhalb des Strömungskanals 6. Das Rohr 33' weist daher Abschnitte 34 auf, die quer zur Strömungsrichtung 7 verlaufen und auf diese Weise ein zu umströmendes Hindernis im Strömungskanal 6 bilden. Die mäanderartige Ausbildung der Wärmetauschereinrichtung 32' erlaubt eine wirtschaftliche Herstellung des Strömungsmanipulators bei gleichzeitig hohem Wirkungsgrad hinsichtlich der Abscheidung von Partikeln und Kühlung der Suspension.In the 12 and 13 illustrated heat exchanger device 32 ' differs from it by a meandering course of the tube 33 ' within the flow channel 6 , The pipe 33 ' therefore has sections 34 on, across the flow direction 7 run and in this way an umströmendes obstacle in the flow channel 6 form. The meandering design of the heat exchanger device 32 ' allows an economical production of the flow manipulator with high efficiency with regard to the separation of particles and cooling of the suspension.

Bei den Ausführungsformen gemäß der 14 und 16 kommt der Wärmetauschereinrichtung 34, 34' gleichzeitig die Funktion der Abscheidestruktur zu. Die Ausführungsform gemäß 14 sieht hierfür wiederum eine Vielzahl achsparalleler Rohre 35 vor, die quer zur Strömungsrichtung 7 an der Innenseite der oberen Gehäusewand 2 und unteren Gehäusewand 5 entlang verlaufen. Durch den seitlichen Abstand zweier benachbarter Rohre 35 ergibt sich ein Aufnahmeraum, in dem sich die Partikeln der Suspension ansammeln können. Bei der Ausführungsform gemäß 15 weist die Wärmetauschereinrichtung zwei mäanderartig verlaufende Rohre 35' auf, von denen eines an der Unterseite der oberen Gehäusewand 2 und das andere an der Innenseite der unteren Gehäusewand 5 angeordnet ist. Durch den seitlichen Abstand der parallel und dabei quer zur Strömungsrichtung 7 verlaufenden Leitungsabschnitte 37 ergeben sich wiederum Aufnahmeräume für die abzuscheidenden Partikeln. Bei beiden Ausführungsformen ist im freien Strömungsquerschnitt zwischen den Rohren 35, 35' an der oberen Gehäusewand 2 und den Rohren 35, 35' an der unteren Gehäusewand 5 wiederum ein Strömungsmanipulator der bereits beschriebenen Art angeordnet, der zur Vermeidung von Wiederholungen daher nicht weiter dargestellt und beschrieben ist. Die Rohre 35, 35' sind wiederum vom Wärmeträgermedium eines Kühlkreislaufes durchströmt.In the embodiments according to the 14 and 16 comes the heat exchanger device 34 . 34 ' at the same time the function of the separation structure. The embodiment according to 14 sees in turn a large number of axially parallel tubes 35 in front, transversely to the direction of flow 7 on the inside of the upper housing wall 2 and lower housing wall 5 along. Due to the lateral distance between two adjacent tubes 35 This results in a receiving space in which the particles of the suspension can accumulate. In the embodiment according to 15 the heat exchanger device has two meandering tubes 35 ' on, one of which is at the bottom of the upper housing wall 2 and the other on the inside of the lower housing wall 5 is arranged. Due to the lateral distance of the parallel and thereby transversely to the flow direction 7 extending line sections 37 again result in receiving spaces for the particles to be separated. In both embodiments is in the free flow cross-section between the tubes 35 . 35 ' on the upper housing wall 2 and the pipes 35 . 35 ' on the lower housing wall 5 in turn arranged a flow manipulator of the type already described, which is therefore not shown and described to avoid repetition. The pipes 35 . 35 ' are again flowed through by the heat transfer medium of a cooling circuit.

Eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit integrierter Wärmetauschereinrichtung 38 ist in 17 offenbart. Der Querschnitt des Strömungskanals 6 ist bei dieser Ausführungsform von zwei wellenartig ausgebildeten Flächenelementen 39 unterteilt, die parallel zur oberen Gehäusewand 2 und unteren Gehäusewand 5 verlaufen. Auf diese Weise wird der Strömungskanal 6 in drei benachbarte Kammern unterteilt mit einer mittleren, von den beiden Flächenelementen 39 begrenzten Kammer 40 und zwei äußeren Kammern 41, die von einem Flächenelement 39 und der oberen Gehäusewand 2 bzw. unteren Gehäusewand 5 gebildet sind. Die mit Partikeln beladene Suspension durchströmt den Strömungsraum 6 in den beiden äußeren Kammern 41, wobei mit den Wellentälern der Wellenstruktur Aufnahmeräume für die abzuscheidenden Partikeln geschaffen werden. Die mittlere Kammer 40 ist von einem Wärmeträgermedium durchströmt, das als Teil eines Kühlkreislaufes thermische Energie von der Suspension abführt.Another embodiment of the invention with integrated heat exchanger device 38 is in 17 disclosed. The cross section of the flow channel 6 is in this embodiment of two wave-shaped surface elements 39 divided, which is parallel to the upper housing wall 2 and lower housing wall 5 run. In this way, the flow channel 6 divided into three adjacent chambers with a middle, of the two surface elements 39 limited chamber 40 and two outer chambers 41 taken from a surface element 39 and the upper housing wall 2 or lower housing wall 5 are formed. The particle-laden suspension flows through the flow space 6 in the two outer chambers 41 , With the wave troughs of the wave structure receiving spaces for the particles to be separated are created. The middle chamber 40 is traversed by a heat transfer medium, which dissipates thermal energy from the suspension as part of a cooling circuit.

Während die Ausführungsformen gemäß der 1 bis 17 eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit rechteckförmigem Strömungskanal 6 zeigen, offenbart die Ausführungsform gemäß 18 einen ringscheibenförmigen von der Suspension durchströmten Strömungskanal 6', der von einem äußeren Rohr 42 und einem dazu koaxial verlaufenden inneren Rohr 43 gebildet wird. Sowohl über den Außenumfang des äußeren Rohrs 42 als auch den Innenumfang des inneren Rohrs 43 sind wiederum Magnete 10 angeordnet, die ein im Strömungsraum 6' wirksames Magnetfeld erzeugen.While the embodiments according to the 1 to 17 a device according to the invention with a rectangular flow channel 6 show the embodiment according to 18 a ring-shaped flow channel through which the suspension flows 6 ' coming from an outer tube 42 and a coaxially extending inner tube 43 is formed. Both over the outer circumference of the outer tube 42 as well as the inner circumference of the inner tube 43 are again magnets 10 arranged one in the flow space 6 ' generate effective magnetic field.

Entlang des Innenumfangs des äußeren Rohres 42 und Außenumfang des inneren Rohres 43 erstreckt sich eine Abscheidestruktur, die im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils von einer den Umfang schraubenlinienförmig umlaufenden äußeren Wendel 44 und inneren Wendel 45 gebildet ist. Der axiale Abstand zwischen den einzelnen Windungen der Wendeln 44 und 45 dient der Aufnahme der abgeschiedenen Partikeln. Die Wendeln 44 und 45 können rohrförmig ausgebildet und von einem Wärmeträgermedium durchströmt sein, um auch bei dieser Ausführungsform der Erfindung eine Wärmetauscherfunktion zu realisieren. Alternativ stehen als Abscheidestruktur die bereits unter den 1 bis 16 beschriebenen Ausführungsformen zur Verfügung, die an die Krümmung der Wände des Strömungskanals 6' anzupassen sind. Entsprechendes gilt für den Strömungsmanipulator, der in dem Ringspalt zwischen den Wendeln 44 und 45 angeordnet ist, und der analog der unter den 1 bis 16 beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet sein kann.Along the inner circumference of the outer tube 42 and outer circumference of the inner tube 43 In the present exemplary embodiment, a deposition structure extends in each case from an outer helix that spirals around the circumference 44 and inner coil 45 is formed. The axial distance between the individual Turns of the coils 44 and 45 serves to accommodate the deposited particles. The coils 44 and 45 can be tubular and flowed through by a heat transfer medium to realize a heat exchanger function in this embodiment of the invention. Alternatively stand as Abscheidestruktur already under the 1 to 16 described embodiments, the curvature of the walls of the flow channel 6 ' are to be adapted. The same applies to the flow manipulator in the annular gap between the helices 44 and 45 is arranged, and the analog of the under the 1 to 16 described embodiments may be formed.

Die Erfindung ist nicht auf die in den einzelnen Ausführungsbeispielen offenbarten Merkmalskombinationen beschränkt. Vielmehr liegen auch Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung, bei denen Merkmale unterschiedlicher Ausführungsformen miteinander kombiniert sind, soweit sich diese Kombinationen dem Fachmann aufgrund seines Fachwissens ohne weiteres erschließen.The invention is not limited to the feature combinations disclosed in the individual embodiments. Rather, embodiments are also within the scope of the invention in which features of different embodiments are combined with each other, as far as these combinations are readily apparent to those skilled in the art due to his expertise.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102010061 A1 [0004]

Claims

Device for separating particles from a fluid, in particular from a suspension, by magnetic separation, with a flow channel ( 6 . 6 ' ), of the suspension in a predetermined flow direction ( 7 ) is flowed through, with a deposition structure within the flow channel ( 6 . 6 ' ) for receiving the particles, and with a device for generating a flow channel ( 6 . 6 ' ) effective magnetic field, characterized in that in the flow channel ( 6 . 6 ' ) at least one flow-through of the suspension, non-magnetic or non-magnetizable flow manipulator for local variation of the flow parameters of the suspension is arranged.

Device according to claim 1, characterized in that the flow channel ( 6 . 6 ' ) has a rectangular, circular or annular disk-shaped flow cross-section.

Device according to claim 1 or 2, characterized in that the flow channel ( 6 . 6 ' ) has a closed or open to one side cross-section.

Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the flow manipulator the free flow cross-section of the flow channel ( 6 . 6 ' ) partially or completely.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the flow manipulator has a pronounced main extension direction which is parallel to the flow direction ( 7 ) of the suspension.

Device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the flow manipulator in at least one plane transverse to the flow direction ( 7 ), preferably in a plurality of spaced-apart planes transversely to the flow direction ( 7 ).

Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the flow manipulator is formed by a surface element, preferably by a surface element ( 30 . 30 ' . 30 '' . 30 ''' ) with passages ( 31 . 31 ' . 31 '' . 31 ''' ), of a surface element with a closed structured surface, of a grid ( 26 . 26 ' ), a net or a fibrous structure ( 14 ).

Device according to one of claims 1 to 7, characterized in that the deposition structure consists of a magnetic or magnetizable or a non-magnetic or non-magnetizable material.

Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the deposition structure of at least one channel wall is formed, preferably of two opposite channel walls.

Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the deposition structure is formed by a separation element which in the flow channel ( 6 . 6 ' ) is arranged.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the separating element of an ordered or disordered fiber structure ( 19 . 20 ) is formed.

Apparatus according to claim 10 or 11, characterized in that the separating element is formed by a fabric, knitted, net, fleece or brush-like fabric.

Apparatus according to claim 10, characterized in that the separating element of a sheet ( 11 . 15 . 17 . 23 ) with openings ( 12 . 16 . 18 ) and / or depressions ( 24 ) perpendicular to the flow direction ( 7 ) is formed.

Device according to one of claims 10 to 13, characterized in that the separating element and the flow manipulator form a composite element.

Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that the flow channel ( 6 . 6 ' ) has a height / width ratio in a range of 1: 2 to 1: 100, preferably in a range of 1:10 to 1:50.

Device according to one of claims 1 to 15, characterized in that in the flow channel ( 6 . 6 ' ) A heat exchanger device is integrated, the heat exchanger surfaces are wetted by the suspension.

Apparatus according to claim 16, characterized in that at least a part of the surface of the flow manipulator is designed as a heat exchanger surface.

Apparatus according to claim 16 or 17, characterized in that at least part of the surface of the deposition structure is formed as a heat exchanger surface.

Device according to one of claims 16 to 18, characterized in that the heat exchanger device ( 32 . 32 ' . 35 . 35 ' . 38 ) Traversed by a heat transfer medium and spatially separated from the suspension Cavity, which within the flow channel ( 6 . 6 ' ) is arranged.

Apparatus according to claim 19, characterized in that the cavity of one or more tubes ( 33 . 33 ' . 36 . 36 ' ) is formed.

Apparatus according to claim 20, characterized in that the tubes ( 33 ' ) with a meandering course within the flow channel ( 6 . 6 ' ) are arranged.

Apparatus according to claim 20 or 21, characterized in that the tubes ( 33 . 33 ' ) are arranged to form a flow manipulator at a distance from the deposition structure.

Device according to claim 20 or 22, characterized in that the tubes ( 36 . 36 ' ) for forming a deposition structure on at least one wall ( 2 . 5 ) of the flow channel ( 6 . 6 ' ) are arranged.

Apparatus according to claim 19, characterized in that the cavity of at least one partition wall ( 39 ) formed by a first channel wall ( 3 ) to a second channel wall ( 4 ), wherein preferably the first and second channel wall ( 3 . 4 ) face each other.

Device according to claim 24, characterized in that the partition wall ( 39 ) has a wave structure.

Apparatus according to claim 2, characterized in that the flow space ( 6 ' ) has a circular or annular disk-shaped flow cross section and the deposition structure of a helix ( 44 . 45 ) formed coaxially along at least one wall of the flow channel ( 6 ' ).