DE19909252A1

DE19909252A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Pumpen von fluiden Medien

Info

Publication number: DE19909252A1
Application number: DE1999109252
Authority: DE
Inventors: Andre Much; Marc Picur
Original assignee: ENRETEC POLYCHEMIE ENTSORGUNGS
Current assignee: Berlin Heart GmbH
Priority date: 1999-02-22
Filing date: 1999-02-22
Publication date: 2000-08-31

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Pumpen von fluiden Medien. DOLLAR A Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Pumpen von fluiden Medien anzubieten, bei denen keine mechanischen Teile für die Beförderung des zu transportierenden fluiden Mediums erforderlich sind, so daß keine Verschleißprobleme mehr auftreten. DOLLAR A Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß unter Mitnahme der fluiden Medien nicht mischbare Magnetofluidbereiche (4) mittels sich programmgemäß in ihrer Stärke ändernden Magnetfelder im Kreislauf geführt werden, wobei zwischen den Magnetofluidbereichen (4) das fluide Medium gefördert, angesaugt und ausgestoßen wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Pumpen von fluiden Medien gemäß den Oberbegriffen der Ansprüche 1 und 3.

Verfahren und Vorrichtung zum Pumpen von fluiden Medien wie Flüssigkeiten und Gase, die auch als mehrphasige Systeme vorliegen können, unter Verwendung von sogenannter Magnetofluide sind nicht bekannt.

Magnetofluide sind stabile Dispersionen mit superparamagnetischen Eigenschaften. Die Dispersionen bestehen im allgemeinen aus der magnetischen Komponente, aus amphiphilen Zusätzen und einer Trägerflüssigkeit. Als magnetische Komponente werden fern- oder ferrommagnetische Teilchen Verwendet, deren Teilchengröße zwischen 3 und 50 nm liegt. Die Teilchen erhalten durch die sogenannten amphiphilen Zusätze entweder hydrophile oder hydrophobe Eigenschaften und können dadurch homogen entweder in wäßrigen oder organischen Trägerflüssigkeiten fein verteilt werden. Die Zusammensetzung des Magnetofluids richtet sich nach seiner Anwendung, nach der die erwünschte Sättigungsmagnetisierung, die Viskosität und die chemische Zusammensetzung festgelegt wird. Die Sättigungsmagnetisierung bestimmt die Wechselwirkung des Magnetofluids im Magnetfeld. Je stärker die Magnetisierung ist, um so besser ist die Manipulier barkeit der Magnetofluide im Magnetfeld.

Die Trägerflüssigkeit besteht insbesondere aus hochsiedenden Flüssigkeiten, um ein Verdampfen der Trägerflüssigkeit zu vermeiden. Die Art der amphiphilen Zusätze (Tenside) richtet sich sowohl nach der verwendeten magnetischen Komponente als auch nach der Trägerflüssigkeit. Die Art der Tenside bestimmt ihre Fixierbarkeit an der Teilchenoberfläche der magnetischen Komponente beziehungsweise die Löslichkeit der Teilchen in der jeweiligen Trägerflüssigkeit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Pumpen von fluiden Medien anzubieten, bei denen keine mechanische Teile für die Beförderung des zu transportierenden fluiden Mediums erforderlich sind, so daß keine Verschleißprobleme mehr auftreten.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 und 3.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der Förderung eines Magnetofluidtropfens in einem Magnetfeld,

Fig. 2 schematische Darstellung der Förderung eines Magnetofluidtropfens in einem Kreislauf,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Pumpen.

Fig. 1 zeigt einen prinzipiellen Verfahrensablauf einer Vorrichtung zum Pumpen von fluiden Medien, im folgenden Magnetofluidpumpe genannt. An einer Förderstrecke 7 ist eine Magnetkombination 5 angeordnet. Die Magnet kombination 5 besteht aus mehreren entlang der Förderstrecke 7 vorgesehenen Spulen 13.1 bis 13.6. Ein Rechner 12, eine Schalteinrichtung 10 sowie eine Stromversorgung 14, die mit den Spulen 13.1 bis 13.6 verbunden sind, erzeugen ein von der Spule 13.1 bis zur Spule 13.6 wanderndes Magnetfeld. Ein Magnetofluid tropfen, hier als Magnetofluidkolben 4 bezeichnet, wird aufgrund der Wirkung des wandernden Magnetfeldes innerhalb der Magnetkombination 5 in der Förderstrecke 7 vorwärts bewegt und drückt dabei das zu fördernde fluide Medium vor sich her.

Fig. 2 zeigt, ebenfalls in schematischer Darstellung, das Befördern eines Magnetofluidkolbens 4 in einer kreislaufförmig angeordneten Förderstrecke 7. Die Versorgung der Magnetkombination mit den Spulen 13.1 bis 13.14 mit der notwendigen Elektroenergie erfolgt über eine zusätzliche Stromversorgung 15.

Fig. 3 zeigt einen prinzipiellen Aufbau einer Magnetofluidpumpe gemäß der Erfindung. In einem Förderkreislauf 1 sind die Magnetofluidkolben 4.1 bis 4.7 angeordnet. Die Magnetkombination 5, in der ein wanderndes Magnetfeld erzeugt wird, ist hier nicht gesondert dargestellt worden. Zwischen den Magnetofluidkolben 4 befindet sich die zu fördernde Flüssigkeit. Das programmäßig ablaufende wandernde Magnetfeld schiebt die Magnetofluidkolben 4 durch den Förderkreislauf 1. Im Bereich eines Förderstutzens 3 wird der Magnetofluidkolben 4.6 in eine Trennstrecke 16 aufgrund der Einwirkung des Magnetfeldes eines Permanentmagneten 9 hineingezogen. Dadurch erfolgt die Trennung des Magnetofluidkolbens von dem zu fördernden fluiden Medium. Der nachdrückende Magnetofluidkolben 4.5 drückt die zu fördernde Flüssigkeit in Richtung des Förderstutzens 3 und wird dann anschließend wiederum aufgrund der Einwirkung des Magnetfeldes des Permanentmagneten 9 in die Trennstrecke 16 hineingezogen.

Ein im Bereich eines Ansaugstutzens 2 hier einsetzendes wanderndes Magnetfeld der Magnetkombination 5 zieht einen Magnetofluidkolben 4.1 aus der Trennstrecke 16 und drückt ihn in den Kreislauf 1 hinein. Dort wird er mit dem wandernden Magnetfeld weiter transportiert. Hierbei saugt er über den Ansaugstutzen 2 zu förderndes fluides Medium an. Die Magnetofluidkolben 4 werden innerhalb der Trennstrecke 16 durch das sich hier ausbildende homogene Magnetfeld des Permanentmagneten 9 nicht beeinflußt und können dann unproblematisch über das im Bereich des Ansaugstutzens 2 erzeugte wandernde Magnetfeld wieder im Kreislauf zum Förderstutzen 3 gelangen. Die Spulen 13 werden über die Schalteinrichtung 10, die als paralleles Interface ausgeführt sein kann, über die parallele Schnittstelle des Rechners 12 angesteuert. Die Schalteinrichtung 10 besteht aus einem Digital-/Analogwandler mit acht DACs, die es ermöglichen, die Spulen 13.1 bis 13.8 separat zu regeln. Hohe Induktionsströme, die beim jeweiligen Magnetfeldzusammenbruch bei der Wanderung des Magnetfeldes innerhalb der Magnetkombination 5 der Spulen 13 entstehen, werden zum Schutz der Schaltung von Freilaufdioden abgefangen. Für das Funktionieren der Magnetofluidpumpe ist es notwendig, daß eine stufenlose Regelung des wandernden Magnetfeldes erreicht wird, da bei dem ruckartigen Übergang zwischen zwei Spulen die Gefahr des Zerreißens des Magnetofluidkolben 4 gegeben sein kann. Eine Software zur Ansteuerung der Magnetkombination 5 läßt die Möglichkeiten zur Veränderung vieler Werte zu. So kann man die Frequenz der Ansteuerung der Spulen 13 ebenso leicht verändern, wie die größtmögliche Stromstärke und den Anstieg bzw. den Abfall des Stromes. Dadurch läßt sich sehr einfach die bestmögliche Kombination für den jeweiligen Aufbau der erfindungsgemäßen Pumpe ermitteln, so daß man danach spezifische Schaltungen entwickeln kann und die Pumpe somit auch ohne Rechner 12 funktioniert.

Eine weitere vorteilhafte, sich daraus ergebende Möglichkeit ist, die Durchflußmenge innerhalb des Kreislaufes 1 recht exakt zu regulieren. Wenn man die Werte für einen bestimmten Rohrquerschnitt, den Abstand und die jeweilige Länge der Spulen 13 kennt, kann man sehr leicht steuern, wieviel zu förderndes fluides Medium pro Ansteuerzyklus (Zeitraum/Vorgänge in dem Zeitraum von dem maximalen Magnetfeld in der einen Spule bis zum maximalen Magnetfeld in der nächsten Spule) befördert wird. Um höhere Förderdrücke zu erreichen ist es möglich die Kraftübertragung auf die Flüssigkeit zu verbessern. Das ist erreichbar durch die Anordnung einer größeren Anzahl von Magnetofluidkolben 4.1 bis 4.4 im Förderkreislauf 1. Dadurch verringert sich der Abstand zwischen den Magnetofluidkolben 4. Das erfordert eine anpassende Veränderung des Ansteuerprogrammes der Magnetkombination 5.

Bezugszeichenliste

1

Förderkreislauf

2

Ansaugstutzen

3

Förderstutzen

4

Magnetofluidkolben

5

Magnetkombination

6

7

Förderstrecke

8

Kolbenrückführung

9

Permanentmagnet

10

Schalteinrichtung

11

12

Rechner

13

Spule

14

Stromversorgung

15

Stromversorgung

16

Trennstrecke

Claims

1. Verfahren zum Pumpen von fluiden Medien, dadurch gekennzeichnet, daß unter Mitnahme der fluiden Medien nicht mischbare Magnetofluidbereiche (4) mittels sich programmgemäß in ihrer Stärke ändernden Magnetfelder im Kreislauf geführt werden, wobei zwischen den Magnetofluidbereichen (4) das fluide Medium gefördert, angesaugt und ausgestoßen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtrennung der Magnetofluidbereiche (4) von dem zu fördernden fluiden Medium mittels eines Magnetfeldes erfolgt.

3. Vorrichtung zum Pumpen von fluiden Medien, bestehend aus

- einen Förderkreislauf (1) mit Ansaugstutzen (2) und Förderstutzen (3),
- einer in einem äußeren Bereich des Förderkreislaufes (1) angeordneten Magnetkombination (5) und
- im Förderkreislauf (1) angeordnete mittels von der Magnetkombination (5) erzeugte wandernde Magnetfelder im Förderkreislauf (1) bewegbare Magnetofluidkolben (4).

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetkombination (5) aus mehreren Spulen (13) besteht, die über eine Software ansteuerbar sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich einer Trennstrecke (16) des Förderkreislaufes (1) Permanentmagnete (9) angeordnet sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Förderkreislauf (1) aus einer Förderstrecke (7) und einer Magnetofluidkolbenrückführung (8) besteht, wobei der Ansaugstutzen (2) und der Förderstutzen (3) im Bereich der Magnetofluidkolbenrückführung (8) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetkombination (5) mit einem Rechner (12) und einer Stromversorgung (14, 15) verbunden ist.