DE60002680T2 - Vorrichtung zur behandlung von flüssigkeiten in einem elektrischen feld - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, in einem Rohr zwecks Verhinderung von Kalkablagerungen im Rohr, die Folgendes umfasst:
• – eine an einer Rohraußenfläche befindliche Spule, die ein elektrisches Feld erzeugt,
• – einen elektronische Stromkreis für die Erregung der Spule zwecks Aufbau eines elektromagnetischen Wechselfeldes in der Flüssigkeit,
• – einen Messfühler für die Erfassung eines mit der Funktionsweise der Vorrichtung verbundenen Parameters und die Erzeugung eines parameterabhängigen Signals,
• – einen Rückkopplungskreis für die Rückführung des parameterabhängigen Signals zum elektronischen Stromkreis zwecks Regelung des Stromkreises.
• In bereits erteilten Patenten sind Vorrichtungen dieser Art bekannt. Beispiele dafür sind die Beschreibungen in den Patentschriften EP0493559, DE19502990 und DE19505642.
• In EP0493559 wird eine Vorrichtung beschrieben, in der der Messfühler aus einem Mikrofon besteht, das über einen physischen Kontakt mit dem Rohr verbunden ist. Das Mikrofon nimmt sämtliche im Ergebnis der Turbulenz im Inneren des Rohres entstehenden Geräusche auf. Diese Turbulenz ist mit dem Oberflächeneffekt bei durch das Rohr sowie an Hindernissen wie Kalkablagerungen vorbeiströmendem Wasser verbunden. Das Ausgangssignal des Mikrofons steuert über den Rückkopplungskreis die Kennwerte des Stroms, der in die Spule eingespeist wird, die das elektrische Feld erzeugt. Der eingespeiste Strom ist von dem durch das Rohr strömenden Volumenstrom des Wassers sowie der Menge des sich bereits in der Vorrichtung abgelagerten Kalks abhängig.
• Ein Messfühler, der als Elektrode ausgeführt ist, die in der Rohrwand angeordnet ist und sich mit der Flüssigkeit in Kontakt befindet, wird in DE19502990 beschrieben. Die Elektrode und die daran angeschlossene Messschaltung messen die Wassergeschwindigkeit. Der in die Feldspule eingespeiste Strom ist je nach der gemessenen Geschwindigkeit variabel. Ein Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, dass die Elektrode im Inneren des Rohres installiert werden muss, mit anderen Worten, dass Arbeiten am Rohr auszuführen sind.
• Eine ähnliche Konstruktion wird in DE19505642 beschrieben. Bestandteil des Messfühlers ist in diesem Falle eine elastische Elektrode, die mehrere Dehnungsmessstreifen aufnimmt. Je nach der Flüssigkeitsgeschwindigkeit im Rohr verändert sich das Signal der Dehnungsmessstreifen und somit der Strom, der in die Feldspule eingespeist wird, die das elektrische Feld erzeugt.
• Ein allgemeines Problem bei all diesen bekannten Vorrichtungen ist die Kalibrierung der Vorrichtung nach ihrer Installation. Die Beeinflussbarkeit des durch die Feldspule erzeugten Feldes ist abhängig von der Induktion in der Flüssigkeit. Diese Induktion wiederum ist von einer großen Anzahl verschiedener Faktoren abhängig wie:
• – den elektrischen Eigenschaften der Flüssigkeit, d. h. der elektrischen Leitfähigkeit, wobei die Induktion um so kleiner ist, je höher die Leitfähigkeit ist,
• – den Abmessungen und dem Werkstoff des Rohrs,
• – dem Einfluss äußerer Felder, die beispielsweise durch in der Nähe befindliche elektrische Geräte wie Waschmaschinen, Wäschetrockner, Bügeleisen, Pumpen usw. erzeugt werden.
• Die meisten dieser Faktoren sind nicht oder nicht genau genug vorhersagbar.
• Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung des oben genannten Typs zur Verfügung zu stellen, die so aufgebaut ist, dass der Einfluss aller dieser Faktoren berücksichtigt wird.
• Entsprechend dieser Zielsetzung stellt die Erfindung eine gemäß dem ersten Absatz dieser Beschreibung definierte Vorrichtung bereit, die dadurch gekennzeichnet ist, dass
• – der Messfühler eine Feldmessspule umfasst, die an der Außenfläche des Rohres in der Nähe der Feldspule angebracht ist,
• – der Rückkopplungskreis die Elektronikeinheit enthält, die zusammen mit der Messspule als Feldstärkemesser fungiert.
• Durch Messen des tatsächlichen Feldes, das unter den Bedingungen der Praxis entstanden ist, werden Informationen gewonnen, auf deren Grundlage der elektronische Stromkreis zur Stromeinspeisung in die Spule, wodurch in der Flüssigkeit ein elektromagnetisches Feld erzeugt wird, so geregelt werden kann, dass selbst unter sich ändernden Bedingungen die richtige Feldstärke erzeugt wird.
• Die Feldmessspule kann an unterschiedlichen Stellen angeordnet sein, so beispielsweise um die Feldspule herum. Diese Anordnung hat jedoch den Nachteil, dass die Konfiguration innerhalb der Feldspule nicht mit der Konfiguration innerhalb der Feldmessspule identisch ist. Deshalb wird die Messspule bevorzugt längsseits der Feldspule unmittelbar neben dieser oder in einem geringen Abstand zu dieser angebracht.
• Es wird der Einsatz eines Rückkopplungskreises der gleichen Art wie in den oben genannten Patenten bevorzugt. Mit anderen Worten, es wird bevorzugt, dass der elektronische Stromkreis für die Stromeinspeisung in die Spule einen Verstärker und einen Signalgenerator umfasst, wodurch der Verstärkungsbetrag in Abhängigkeit vom Signal des Feldstärkemessers geregelt wird.
• Die Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlicher erläutert werden.
• In den Zeichnungen zeigen:
• 1 eine Schaltungsanordnung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
• 2 eine wertere Ausführungsform der kombinierten Spulen und
• 3 eine weitere Form der das elektrische Feld erzeugenden Feldspule.
• Zu der in 1 dargestellten Vorrichtung gehört eine an der Außenseite des Rohres 12 angebrachte Feldspule 10. Das Rohr 12 bildet den Strömungsweg für eine Flüssigkeit, die Wasser, aber auch eine beliebige andere Flüssigkeit sein kann und zu Kalkablagerungen an der Innenwand des Rohres 12 neigt. Die Spule 10 wird durch einen elektronischen Stromkreis 14 mit Strom gespeist, so dass in der im Rohr 12 strömenden Flüssigkeit ein elektromagnetisches Feld bestimmter Stärke erzeugt wird. Dadurch wird eine Verhinderung oder sogar ein Abbau der Kalkablagerungen bewirkt. Einzelheiten dieses Gesamtprozesses können verschiedenen bereits veröffentlichten Patenten sowie anderen Veröffentlichungen entnommen werden, die Fachleuten auf diesem Gebiet ohne Werteres zur Verfügung stehen.
• Erfindungsgemäß gehört zur Vorrichtung zudem eine Feldmessspule 16, die vorzugsweise am Umfang desselben Rohrs 12 längsseits der Feldspule 10 unmittelbar an dieser oder in einem geringen Abstand zu dieser angebracht ist. Die Messspule 16 ist an eine Feldstärkemesselektronikeinheit 18 angeschlossen, so dass die Spule 16 zusammen mit der Elektronikeinheit 18 einen Feldstärkemesser bildet. Solche Feldstärkemesser für verschiedene Zwecke sind im Allgemeinen bekannt, weshalb eine ausführliche Beschreibung als überflüssig erachtet wird.
• Um einen angemessenen Rückkopplungskreis zwischen der Feldstärkemesserelektronikeinheit 18 und der Felderzeugungselektronikeinheit 14 zu erhalten, sollte die Elektronikeinheit 14 vorzugsweise mit einem Signalgenerator 20 und einem regelbaren Verstärker 22 ausgestattet sein. Der Signalgenerator 20 erzeugt ein Signal der erforderlichen Form und Frequenz, und der Verstärker 22 gewährleistet den richtigen Amplitudenwert des Signals, so dass die Spule 10 so mit Strom gespeist wird, dass ein Feld der ertorderlichen Stärke im Inneren des Rohres 12 erzeugt wird.
• Gäbe es keine weiteren Felder und keine anderen externen Einflüsse, so könnte die Vorrichtung mit der Spule 10 und der Elektronikeinheit 14 einmal kalibriert werden und dann ordnungsgemäß funktionieren. In der Praxis hat man jedoch mit unterschiedlichen äußeren Einflüssen zu rechnen. Erstens sind die Abmessungen des Rohres 12 nicht immer gleich. Der Rohrdurchmesser kann unterschiedlich sein (in den Niederlanden gibt es für Hauswasserleitungen als genormte Durchmesser 9, 12, 15, 18 und 22 mm), zudem ist die Rohrwanddicke oftmals unterschiedlich und kann nach Qualität und Hersteller des Rohres 12 variieren. In der Industrie liegt die Rohrwanddicke im Wesentlichen zwischen 22 mm und 1000 mm.
• Weitere äußere Einflüsse sind beispielsweise die elektromagnetischen Felder, die durch Haushaltsgeräte wie Waschmaschinen, Wäschetrockner, Bügeleisen usw. erzeugt werden. In der Industrie ist mit elektromagnetischen Feldern zu rechnen, die von Pumpen, Elektromotoren, Transformatoren, Hochspannungskabeln usw. erzeugt werden.
• Um diese äußeren Einflüsse auszugleichen, wird das momentan erzeugte Feld mittels einer Kombination aus Spule 16 und Feldstärkemesserelektronikeinheit 18 gemessen. Daraufhin gibt die Elektronikeinheit 18 ein Signal an den Verstärker 22 ab, mit dem der Verstärkungsbetrag des Verstärkers 22 so angepasst wird, dass selbst bei Auftreten von sich verändernden äußeren Feldern innerhalb des Rohres 12 ein elektromagnetisches Feld mit den erforderlichen Eigenschaften erzeugt wird.
• Die Spule 16 sollte vorzugsweise längsseits neben der Feldspule 10 angeordnet werden. Vorstellbar ist auch die Anordnung der Spule 16 um die Spule 10 herum. In diesem Falle sind von der Spule 16 das Rohr 12 und die darin strömende Flüssigkeit umgeben, während von der Spule 16 nicht nur das Rohr 12 und die darin strömende Flüssigkeit, sondern auch die Wicklungen der Spule 10 umgeben sind. Mit anderen Worten, die Messbedingungen sind nicht gleich den Felderzeugungsbedingungen. Deshalb wird die Anordnung der Spule 16 längsseits neben der Spule 10 bevorzugt.
• Alternativ dazu wäre eine solche Ausführung der Spule 10 denkbar, bei der deren Wicklungen in einem gewissen Abstand angeordnet sind, so dass die Wicklungen der Spule 16 in den Zwischenräumen angeordnet werden. In diesem Falle wird das erzeugte Feld genau gemessen. Der Nachteil besteht allerdings in dem recht komplizierten Spulenaufbau. Ein praktisches Beispiel dieser Ausführungsform ist in 2 dargestellt. Die Feldspule wird mit 10', die Messspule mit 16' bezeichnet. Beide Spulen sind um das Rohr 12' gewickelt.
• In den Ausführungsformen entsprechend 1 und 2 erzeugt die Feldspule ein Feld, das parallel zur Richtung des Flüssigkeitsstroms im Rohr verläuft. Die Spulen lassen sich so ausführen, dass die Richtung des Feldes im rechten Winkel zur Strömungsrichtung angeordnet ist. 3 veranschaulicht eine Ausführungsform, bei der die Feldspule in zwei Spulenabschnitte unterteilt ist, von denen sich der eine Abschnitt 26 auf einer beliebig gewählten Seite des Rohres 30 und der andere Abschnitt 26', der in der Figur nicht sichtbar ist, an der gegenüberliegenden Wand des Rohres 30 befindet. Die Spule 26 ist mit den Anschlüssen 26a und 26b versehen. Im Inneren des Spulenabschnitts 26 ist die Messspule 28 angeordnet. Die Spule 28 ist mit den Anschlüssen 28a und 28b versehen. Auch die Spule 28 könnte über zwei Abschnitte verfügen, einen Abschnitt an der sichtbaren Außenfläche des Rohres 30 und einen weiteren Abschnitt auf der gegenüberliegenden, unsichtbaren Seite des Rohres 30.
• Im Allgemeinen ist das von der Feldspule erzeugte Feld ein Wechselfeld mit einer Frequenz von größer als 1 kHz und kleiner als 100 kHz. Zum Ausgleich des Einflusses von Feldern, die diesen Bereich unter- bzw. überschreiten, sollte die Elektronikeinheit 18 mit einem Bandpassfilter 24 zum Herausfiltern zu hoher bzw. niedriger Frequenzen ausgestattet sein. Der obere und untere Grenzwert des Bandpassfilter 24 kann schließlich abstimmbar sein.

Claims (4)

1. Vorrichtung zur Behandlung von Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, in einem Rohr zwecks Verhinderung von Kalkablagerungen im Rohr, die Folgendes umfasst: – eine auf der Rohraußenfläche befindliche Spule, die ein elektrisches Feld erzeugt, – einen elektrischen Stromkreis für die Erregung der Spule zwecks Aufbau eines elektromagnetischen Wechselfeldes in der Flüssigkeit, – einen Messfühler für die Erfassung eines mit der Funktionsweise der Vorrichtung verbundenen Parameters und die Erzeugung eines parameterabhängigen Signals, – einen Rückkopplungskreis für die Rückführung des parameterabhängigen Signals zum elektronischen Stromkreis zwecks Regelung des Stromkreises, - gekennzeichnet dadurch, dass – der Messfühler eine Spule zur Messung des elektrischen Feldes umfasst, die sich auf der Außenfläche des Rohres in der Nähe der das Feld erzeugenden Spule befindet, – der Rückkopplungskreis die Elektronikeinheit enthält, die zusammen mit der Messspule als Feldstärkemesser fungiert.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, dass sich die Messspule neben der das elektrische Feld erzeugenden Spule befindet und zwischen beiden kein oder nur ein geringer Abstand vorhanden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet dadurch, dass der elektronische Stromkreis für die Erregung der Spule einen Verstärker und einen Signalgenerator umfasst und die Einstellung des Verstärkungswertes in Abhängigkeit vom Signal des Feldstärkemessers erfolgt.
4. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet dadurch, dass der Rückkopplungskreis ein Bandpassfilter enthält.