Vorrichtung und Verfahren zum Beeinflussen von kapillaren Flußvorgängen

Beschreibung

I. Anwendungsgebiet

[0001] Die Erfindung betrifft die elektrophysikalische Beeinflussung von Fließvorgängen.

II. Technischer Hintergrund

[0002] Bei älteren Gebäuden ist in den Mauern aufsteigende Bodenfeuchtigkeit ein häufiges Schadensbild.

[0003] Zur Mauertrockenlegung sind mechanisch aufwändige Verfahren wie das horizontale Abschneiden des Mauerwerks und Einbringen einer so genannten Horizontalsperrschicht aus wasserundurchlässigem Material bekannt.

[0004] Weniger bekannt ist es, dass mittels elektrophysikalischer Methoden das Wasser am Aufsteigen in der Mauer durch die Kapillare gehindert werden kann.

[0005] Seit Prof. Reuss 1803 feststellte, dass Wassermoleküle sich in einem elektrischen Feld zum negativ geladenen Pol hin bewegen, wurde - spätestens seit 1935 - versucht, diese Erkenntnis gezielt zur Beeinflussung von Fließvorgängen - sei es von Stoffen in Flüssigkeiten oder auch von Flüssigkeiten in porösen Körpern - zu nutzen.

[0006] Die Funktion besteht vermutlich darin, dass ein elektrisches Potential, das so genannte Zeta-Potential, zwischen den sich in den Kapillaren bewegenden Wassermolekülen und der Kapillargrenzschicht entsteht, wobei die Wassermoleküle meistens an die Hydrathülle von Salzionen gebunden sind.

[0007] Durch ein schwaches, gepulstes elektrisches Feld soll diese Ladungsbindung gelöst werden und der Aufbau des Zeta-Potentials unterbrochen werden, so dass die Wassermoleküle entsprechend der Schwerkraft zum Erdreich zurücksinken oder zumindest nicht weiter aufsteigen, sondern verdunsten.

[0008] Dies wird bisher dadurch bewirkt, dass in der Nähe des durchfeuchteten Mauerwerks eine zylinderförmige Spule in der Luft, also ohne Berührung zu dem Mauerwerk, von Strom durchflossen wird, wobei der Strom in gepulster Form von 10-500 kHz mittels eines Generators zugeführt wird, mit Stromstärken bis zu einigen Ampere.

[0009] Dadurch wird ein magnetisches Hochfrequenzfeld erzeugt, so wie ein schwaches elektrisches Hochfrequenzfeld, welches vor allem die beabsichtigte Wirkung erzielt.

[0010] Zum einen sind für den Betrieb dieser Vorrichtung Spitzenleistungen bis 100 Watt notwendig, was angesichts der Zeitdauer von ein bis zwei Jahren für eine wirksame Entfeuchtung erhebliche Energiemengen darstellt. Zum anderen ist die für die Entfeuchtung benötigte lange Zeitdauer von ein bis zwei Jahren nicht zufriedenstellend.

[0011] Die US-6933819 zeigt - allerdings für einen anderen Zweck - bereits einen Multifrequenzgenerartor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1, jedoch sind Spulen keine in einer Ebene gewickelte Teslaspule. Gleiches gilt für die WO 69/22831.

[0012] Des Weiteren zeigt die EP 0 928 855 A1 für den erfindungsgemäßen Zweck, nämlich die Trockenlegung von Bauwerken, eine Vorrichtung zur Hochfrequenzerzeugung, bei der es jedoch darum geht, die Frequenz zu verändern. Dabei wird über die dabei verwendeten Spulen nichts ausgesagt.

III. Darstellung der Erfindung

a) Technische Aufgabe

[0013] Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, die elektrophysikalische Beeinflussung von Fließvorgängen, insbesondere bei der Mauerentfeuchtung, zu verbessern.

b) Lösung der Aufgabe

[0014] Diese Aufgabe wird durch die Ansprüche 1 und 13 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

[0015] Die Wirkung bei der elektrophysikalischen Entfeuchtung wird bereits dadurch verbessert, dass die das hochfrequente elektrische Feld erzeugende Spule die Sekundärspule eines Transformators ist, und dabei insbesondere diejenige der beiden Spulen des Transformators, die die größere Windungszahl aufweist. Wenn zusätzlich Sekundärspule und Primärspule des Transformators keine normalen, zylindrischen Spulen, sondern in einer Ebene gewickelte Teslaspulen in Form jeweils einer einzigen Spirale sind, sind besonders hohe Feldstärken des abgegebenen hochfrequenten elektrischen Feldes erreichbar.

[0016] Dies hängt nicht zuletzt von der am heißen Ende der Sekundärspule angeordneten Abstrahlfläche und deren Größe und Gestalt ab, wobei insbesondere eine Kugel empfohlen wird, die das elektrische Feld gleichmäßig nach allen Seiten abgibt. Die Kugel sollte dabei einen Durchmesser von 2-10 cm, insbesondere von 2-5 cm, besitzen.

[0017] Die Windungszahlen der Primärspule und der Sekundärspule verhalten sich etwa wie 1:5 bis 1:10, wobei auf der Primärseite 3-10 Windungen, insbesondere 5-10 Windungen bevorzugt werden, während auf der Sekundärseite 30-50 Windungen eine gute Wirkung ergeben.

[0018] Der an die primärseitige Spule angeschlossene Impulsgenerator arbeitet mit einer Frequenz von vorzugsweise 10-500 kHz, insbesondere 10-1000 kHz, wobei sich Impulse in Rechteckform als besonders wirksam erwiesen haben. Dabei sind Stromstärken in der Primärspule bis 1 Ampere, maximal bis 2 Ampere in der Regel völlig ausreichend.

[0019] Der Innenwiderstand der Primärspule soll vorzugsweise 20-80 Ohm, insbesondere 30-60 Ohm, betragen.
Ebenso wie die Sekundärspule an dem von der Abstrahlfläche gegenüberliegenden Ende geerdet ist, ist auch die im Kreis mit dem Impulsgenerator verschaltete Primärspule geerdet, um auf dem gleichem Potential wie das Mauerwerk zu liegen.

[0020] Primärspule und Sekundärspule sollten dabei den gleichen Wicklungssinn, also betrachtet von derselben Stirnseite her, aufweisen.

[0021] In der praktischen Ausführung können die beiden Spulen in parallelen Ebenen zueinander angeordnet sein, indem sie z. B. auf den leitenden Flächen einer Platine geätzt sind, beispielsweise auf den beiden voneinander weg weisenden Seiten ein und derselben Platine oder auf je einer elektrisch leitenden Seite von getrennten, im Abstand zueinander angeordneten, Platinen.

c) Ausführungsbeispiele

[0022] Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1a:

Eine Prinzipdarstellung der elektrophysikalischen Mauerentfeuchtung,

Fig. 1 b:

Eine realistische Darstellung der Vorrichtung, und

Fig. 2:

Eine Darstellung der hierfür verwendeten Spulen.

[0023] Fig. 1 zeigt zunächst das zu bekämpfende Phänomen, nämlich das in den Kapillaren des Mauerwerks 5 von unten nach oben aufsteigende Wasser. Die Mauer 5 endet am unteren Ende in der Erde und besitzt damit das Erdpotential 9, während durch die Fließvorgänge der Wassermoleküle sich am davon abgewandten oberen Ende der Mauer oder des Gebäudes ein positives Potential aufbaut, welches die Wassermoleküle zusätzlich ansaugt.

[0024] Dieses elektrische Potential soll unterbrochen werden durch das elektrische Feld, welches von der Kugel 4 als Abstrahlfläche durch die Luft in alle Richtungen und damit auch gegen das Mauerwerk 5 und in dieses hinein abgegeben wird, und damit - elektrisch betrachtet - eine kapazitive Feldeinkoppelung zwischen der Kugel 4 als Abstrahlfläche und dem Mauerwerk 5 bewirkt.

[0025] Die Kugel 8 gibt ein hochfrequentes elektrisches Feld deshalb ab, weil sie mit dem einen Ende einer Spule 2, deren anderes Ende geerdet ist, in Verbindung steht, welche mit einer in der Nähe angeordneten Primärspule 3 als Transformator in Wechselwirkung steht, die ebenfalls an einem Ende geerdet ist, und mit einem Impulsgenerator 1 elektrisch im Kreis geschaltet ist, so dass der gesamte Transformator gepulst angesteuert wird.

[0026] Die Wirksamkeit ist besonders hoch, da als Spulen 2,3 Teslaspulen verwendet werden, also jeweils spiralförmige, in einer einzigen Ebene aus einer einzigen Wicklung, aber einer Vielzahl von Windungen bestehenden Spulen, wie in den Fig. 2a und 2b im einzelnen als Primärspule 3 mit wenigen Windungen und Sekundärspule 2 mit mehr Windungen dargestellt.

[0027] Wie ersichtlich besitzen beide Spulen 2,3 den gleichen Wicklungssinn und etwa den gleichen Außendurchmesser, bei der Primärspule 3 jedoch nur 7 Windungen, bei der Sekundärspule 2 ca. 50 Windungen, jeweils in Form nur einer Wicklung.

[0028] Fig. 1b zeigt den konstruktiven Aufbau: Die beiden Teslaspulen 2,3 sind jeweils auf einer Seite einer Platine 7a, b aufgebracht, die im Abstand parallel und vorzugsweise horizontal übereinander positioniert sind. Die einander entsprechenden Enden der beiden Spulen 2,3, in diesem Fall die äußeren Enden, sind beide auf Erdpotential 9 gelegt und können daher auch elektrisch leitend miteinander verbunden sein.

[0029] Die beiden Enden der Primärspule 3 sind an die beiden Ausgänge eines Impulsgenerators 1 angeschlossen.

[0030] Das heiße, in diesem Fall innere, Ende der Spirale der Sekundärspule 2 ist über einen Verbindungsstab 4a mit der elektrisch leitenden Oberfläche der Kugel 4 elektrisch leitend verbunden, hält die Kugel 4 dadurch auf einen ausreichenden Abstand zu den Spulen 2, 3 und speist die Kugel 4 mit der gepulsten hochfrequenten Spannung.

[0031] Bei den beschriebenen Parametern und einer primärseitigen Betriebsspannung von 1 Ampere werden elektrische Feldstärken von etwa 50 V/m beim elektrischen Feld 8 gemessen, wofür es ausreichend ist, die Kugel 4 in einem Abstand von nicht mehr als 8 Metern zu der zu entfeuchtenden Mauer zu positionieren.

[0032] Für ein Gebäude mit einer Grundfläche von z. B. 10 mal 10 Metern und feuchten Außenmauern ist daher nur eine derartige Vorrichtung notwendig.

BEZUGSZEICHENLISTE

[0033] 

1

Impulsgenerator

2

Spule

3

Primärspule

4

Kugel

4a

Verbindungs-Stange

5

Mauerwerk

6

Tesla-Luft-Transformator

7a, b

Platine

8

elektrisches Feld

9

Erdpotential

Ansprüche

1. Vorrichtung zum Beeinflussen von Fließvorgängen, insbesondere Fließvorgängen von Wasser in Kapillaren, mittels Feldeinkoppelung mit

- einer ein hochfrequentes elektrisches Feld erzeugenden Spule (2),

- einem Impulsgenerator (1) zum Beaufschlagen der Spule (2),

- die Spule (2) die Sekundärspule eines Transformators ist, dessen Primärspule (3) elektrisch mit dem Impulsgenerator (1) gekoppelt ist,

dadurch gekennzeichnet dass
die Primärspule (3) und die Sekundärspule (2) jeweils in einer Ebene gewickelte Teslaspulen in Form jeweils einer einzigen Spirale sind und der Transformator ein Teslatransformator ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet dass
der Tesla- Transformator ein Tesla-Lufttransformator ist.

3. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet dass
Primärspule (3) und/oder Sekundärspule (2) Spulen mit einer Wicklung und mehreren Windungen sind.

4. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet dass
das Ende der Sekundärspule (2), welches das höhere Potential aufweist, mit einer elektrisch leitenden Abstrahlfläche, insbesondere in Form einer Kugel (4), elektrisch leitend verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet dass
das von der Abstrahlfläche abgewandte Ende der Sekundärspule (2) geerdet ist, und insbesondere auch die Primärspule (3).

6. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet dass
der Generator (1) Impulse mit einer Frequenz von 10 kHz bis 500 kHz, insbesondere bis 1000 kHz erzeugt und insbesondere Impulse in Rechteckform.

7. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet dass
die Stromstärke in der Primärspule (3) maximal 1,0 Ampere, insbesondere maximal 2 Ampere beträgt.

8. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet dass
die Primärspule (3) 3-10 Windungen, insbesondere 5-10 Windungen umfasst und die Sekundärspule (2) 30-50 Windungen aufweist.

9. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet dass
Primärspule (3) und Sekundärspule (2) auf in die gleiche Richtung weisenden Seiten zweier nicht leitender, parallel zueinander beabstandeter, plattenförmiger Tragkörper, insbesondere Platinen (7a, b), aufgebracht sind

10. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet dass
Primärspule (3) und Sekundärspule (2) auf den beiden voneinander abgewandten Seiten eines plattenförmigen, aus elektrisch nicht leitendem Material bestehenden Tragkörpers, insbesondere einer Platine (7) aufgebracht sind.

11. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet dass
der Innenwiderstand der Primärspule (3) 20-80 Ohm, insbesondere 40-60 Ohm, beträgt.

12. Vorrichtung nach einer der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet dass
der Wicklungssinn von Primärspule (3) und Sekundärspule (2) - betrachtet in Richtung der Rotationsachse der Spulen - bei beiden Spulen der gleiche ist.

13. Verfahren zum Beeinflussen von Fließvorgängen, insbesondere von Wasser in Kapillaren, mittels Feldeinkopplung durch ein elektrisches Hochfrequenzfeld
dadurch gekennzeichnet dass

- zur Erzeugung des Hochfrequenzfeldes ein Tesla-Luft-Trafo (6), bei dem die Primärspule (3) und Sekundärspule jeweils in einer Ebene gewickelter Teslaspulen in Form jeweils einer einzigen Spirale sind und primärseitig impulsbeaufschlagt wird und sekundärseitig eine elektrisch leitende Abstrahlfläche mit demjenigen Ende der Sekundärspule (2) verbunden ist, die das höhere Potential besitzt und

- die Abstrahlfläche in wirksamer Entfernung zu dem Fließvorgang betrieben wird.

14. Verfahren nach Anspruch 13
dadurch gekennzeichnet dass
die Parameter des Tesla-Luft-Trafos (6) so gewählt werden, dass das von dem Trafo (6) abgegebene elektrische Feld eine Feldstärke von mindestens 30 V/m, besser wenigstens 50 V/m aufweist.

15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet dass
die elektrisch leitende Abstrahlfläche eine Kugeloberfläche ist.

Claims

1. A method for influencing flow processes, in particular for influencing water flow processes in capillaries through field coupling, comprising:

- a coil (2) generating a high frequency electrical field;

- an impulse generator (1) for loading the coil (2);

- a coil (2), which is the secondary coil of a transformer, whose primary coil (3) is coupled with the impulse generator (1),

wherein the primary coil (3) and the secondary coil (2) respectively are Tesla coils wound in a plane, respectively provided as single spirals, and the transformer is a Tesla transformer.

2. A device according to claim 1, wherein the Tesla transformer is a Tesla-air transformer.

3. A device according to one of the preceding claims, wherein the primary coil (3) and the secondary coil (2) are coils with one winding and plural turns.

4. A device according to one of the preceding claims, wherein the end of the secondary coil (2), which comprises the higher potential, is electrically connected with an electrically conductive radiation surface, in particular provided as a sphere (4).

5. A device according to one of the preceding claims, wherein the end of the secondary coil (2), oriented away from the radiation surface, is grounded, and in particular the primary coil (3) is also grounded.

6. A device according to one of the preceding claims, wherein the generator (1) generates impulses with a frequency of 10 kHz to 500 kHz, in particular 1000 kHz, and in particular square impulses.

7. A device according to one of the preceding claims, wherein the electric current in the primary coil is 1.0 A at the most, in particular 2.0 A at the most.

8. A device according to one of the preceding claims, wherein the primary coil (3) comprises 3 to 10 windings, in particular 5 to 10 windings and the secondary coil (2) comprises 30 to 50 windings.

9. A device according to one of the preceding claims, wherein the primary coil (3) and the secondary coil (2) are mounted on two sides with identical orientation of two non-conductive plate shaped support bodies, which are offset parallel from one another, in particular circuit boards (7a, b).

10. A device according to one of the preceding claims, wherein the primary coil (3) and the secondary coil (2) are mounted on the two sides oriented away from one another of a plate shaped support body, particularly comprised of electrically non-conductive material, in particular of a circuit board (7).

11. A device according to one of the preceding claims, wherein the internal resistance of the primary coil (3) is 20 to 80 Ω, in particular 40 to 60 Ω.

12. A device according to one of the preceding claims, wherein the winding orientation of the primary coil (3) and of the secondary coil (2), viewed in the direction of the rotation axis of the coils, is identical in both coils.

13. A method for influencing flow processes, in particular of water in capillaries, by means of field coupling through an electrical high frequency field, wherein

- a Tesla-air transformer (6), in which the primary coil (3) and the secondary coil (2) are Tesla coils respectively wound in a plane and respectively provided as single coils, is impulse loaded on the primary side in order to generate the high frequency field, and in which an electrically conductive radiation surface on the secondary side is connected with the end of the secondary coil (2), which has the higher potential; and

- the radiation surface is operated at an effective distance from the flow process.

14. A method according to claim 13, wherein the parameters of the Tesla air transformer (6) are selected, so that electrical field emitted by the transformer has a field strength of at least 30 V/m, better at least 50 V/m.

15. A method according to one of the preceding claims, wherein the electrically conductive radiation surface is a spherical surface.

Revendications

1. Dispositif pour influencer des écoulements, en particulier des écoulements d'eau dans des capillaires au moyen d'un couplage de champ avec

- une bobine (2) générant un champ électrique haute fréquence,

- un générateur d'impulsion (1) pour faire impact sur la bobine (2).

- la bobine (2) étant la bobine secondaire d'un transformateur dont la bobine primaire (3) est couplée électriquement au générateur d'impulsions (1),

caractérisé en ce que
la bobine primaire (3) et la bobine secondaire (2) sont respectivement des bobines de Tesla enroulées dans un plan sous forme d'une spirale unique et le transformateur est un transformateur de Tesla.

2. Dispositifs selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transformateur de Tesla est un transformateur à noyau d'air de Tesla.

3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bobine primaire (3) et/ou la bobine secondaire (2) sont des bobines avec un enroulement et plusieurs spires.

4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité de la bobine secondaire (2) qui présente le potentiel le plus élevé est reliée de manière électriquement conductrice à une surface de rayonnement électriquement conductrice, en particulier sous forme d'une sphère (4).

5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'extrémité détournée de la surface de réflexion de la bobine secondaire (2) est mise à la masse et en particulier aussi la bobine primaire (3).

6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le générateur (1) génère des impulsions d'une fréquence comprise entre 10 kHz et 500 kHz, et en particulier jusqu'à 1000 kHz et en particulier des impulsions de forme rectangulaire.

7. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'intensité de courant s'élève dans la bobine primaire (3) s'élève au maximum à 1 ampère en particulier au maximum à 2 ampères.

8. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bobine primaire (3) comprend 3 à 10 spires, en particulier 5 à 10 spires et la bobine secondaire (2) présente 30 à 50 spires.

9. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bobine primaire (3) et la bobine secondaire (2) sont placées sur des faces orientées dans la même direction de deux corps supports en forme de plaque, en particulier des platines (7a, b) disposées à distance l'une de l'autre.

10. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bobine primaire (3) et la bobine secondaire (2) sont placées sur les deux faces détournées l'une de l'autre d'un corps de support en forme de plaque se composant de matériau électriquement non conducteur, en particulier une platine (7).

11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la résistance interne de la bobine primaire (3) est comprise entre 20 et 80 Ohm, en particulier entre 40 et 60 Ohm.

12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le sens d'enroulement de la bobine primaire (3) et de la bobine secondaire (2) - vu dans le sens de l'axe de rotation des bobines - est identique pour les deux bobines.

13. Procédé pour influencer des écoulements, en particulier de l'eau dans des capillaires au moyen d'un couplage de champ par un champ électrique haute fréquence,
caractérisé en ce que

- pour la génération du champ haute fréquence, un transformateur à noyau d'air de Tesla (6), où la bobine primaire (3) et la bobine secondaire sont des bobines de Tesla respectivement enroulées dans un plan respectivement sous forme d'une seule spirale, subit l'impact d'impulsions côté primaire et côté secondaire est relié à une surface de réflexion électriquement conductrice avec l'extrémité de la bobine secondaire (2) qui possède le potentiel le plus élevé et

- la surface de réflexion est utilisée à distance efficace de l'écoulement.

14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que
les paramètres du transformateur à noyau d'air de Tesla (6) sont sélectionnés de sorte que le champ électrique émis par le transformateur (6) présente une intensité de champ d'au moins 30 V/min, au mieux au moins 50 V/m.

15. Procédé selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la surface de réflexion électrique est une surface sphérique.

Zeichnung