DIEHL, Dirk (Berliner Platz 3, Erlangen, 91052, DE)
WACKER, Bernd (Haundorferstr. 2 A, Herzogenaurach, 91074, DE)
KOOLMAN, Michael (Birkenallee 134, Bubenreuth, 91088, DE)
DIEHL, Dirk (Berliner Platz 3, Erlangen, 91052, DE)
WACKER, Bernd (Haundorferstr. 2 A, Herzogenaurach, 91074, DE)
| Patentansprüche 1. Verfahren zum Aufheizen von Erdböden mit Erdreich, das elektrisch beheizt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein in- duktives Heizverfahren angewandt wird, wobei das Erdreich durch hochfrequente elektromagnetische Felder im Bereich zwischen 10 und 200 kHz aufgeheizt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Erdreich mit einem durch organische Stoffe, insbesondere KohlenwasserstoffVerbindungen, verunreinigtem Erdreich beheizt wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekenn- zeichnet, dass zur Aufheizung des Erdreiches die durch die hochfrequenten elektromagnetischen Felder entstehenden Wirbelströme genutzt werden. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung der Wirbelströme stromführende Leiter, deren Abstand vorgebbar ist, verwendet werden. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand der stromführenden Leiter als Induktoren be- reichsweise unterschiedlich vorgegeben wird. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Array von stromführenden Leitern verwendet wird. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in das Erdreich abschnittsweise Energien zwischen 1 und 100 kW je Meter Länge des stromführenden Leiters eingebracht werden. 8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenleitfähigkeitsverteilung im Erdreich berücksichtigt wird. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenleitfähigkeitsverteilung beeinflusst wird, vorzugsweise durch Einbringen einer leitfähigen Lösung in das Erdreich. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Erdreich zeitlich nacheinander auf unterschiedliche Temperaturen erwärmt und für ein vorgegebenes Zeitintervall auf der jeweiligen Temperatur gehalten wird. 11. Anlage zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 10, mit einem Generator (60) für Hochfrequenz vorgegebenen Wertes (fx) im kHz-Bereich, an den wenigstens eine Induktoranordnung (10) aus einem Hinleiter (15) und einem Rückleiter (20) angeschlossen ist. 12. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenzgenerator (60) ein Reihenresonanzumrichter ist. 13. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenzgenerator (60) ein Parallelresonanzumrichter ist. 14. Anlage nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Hochfrequenzgenerator (60) Ausgänge mit variabler Frequenz (fx) hat, die separat an Hin- und Rückleiter (15, 20) der Induktoranordnung (10) anschaltbar sind. 15. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass beim Induktor (10,15, 20) mehrere elektrisch parallel geschaltete Hinleiter (11 - 14) und mehrere elektrisch parallel geschaltete Rückleiter (16 - 19) separat ansteuerbar sind und ein Array bilden. 16. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät (62) zum variablen Verschalten von Hin- Und Rückleiter (11- 14, 16 - 19) vorhanden ist. 17. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass Hinleiter (15) und Rückleiter (20) der Induktoranordnung (10) im zu beheizenden Bereich (100) einen definierten Abstand (ax) , der die Heizleistung bestimmt, haben. 18. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Hinleiter (15) und der Rückleiter (20) bereichsweise unterschiedliche Abstände (ax) haben. 19. Anlage nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktoranordnung (10) mit Hinleiter (15) und der Rückleiter (20) einen kompensierten Multifilament-Leiter bilden. 20. Anlage nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Multifilamentleiter mittels integrierter, elektrisch in Serie geschalteter Kapazitäten kapazitiv kompensiert ist. 21. Verwendung einer Anlage nach Anspruch 11 oder einem der Ansprüche 12 bis 20, wobei die Anlage mit einem Verfahren nach Anspruch 1 oder einem der Ansprüche 2 bis 10 betrieben wird, für Aufgaben im Rahmen eines aktiven Umweltschutzes. 22. Verwendung nach Anspruch 21 zur Dekontamination des Erdbodens bei unbebauten Gebieten, wie aufgelassenen Truppen- Übungsplätzen, Mülldeponien od. dgl . , die beim vorherigen bestimmungsgemäßen Betrieb mit Kohlenwasserstoff-basierten Verunreinigungen in Berührung gekommen sind. 23. Verwendung nach Anspruch 21 zur Dekontamination des Erd- bodens bei bebauten Gebieten, wobei das Verfahren unter bestehenden Bauwerken über im Wesentlichen horizontal geführte Bohrungen durchgeführt wird 24. Verwendung nach Anspruch 23 bei Tankstellen, die beim vorherigen bestimmungsgemäßen Betrieb mit Kohlenwasserstoffbasierten Verunreinigungen, wie Motoröl od. dgl., in Verbindung gekommen sind. |
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufheizen von Erdböden mit Erdreich, das elektrisch beheizt wird. Daneben bezieht sich die Erfindung auf die zugehörige Anlage sowie auf die Verwendung einer derartigen Anlagen bzw. eines derartigen Verfahrens.
Erdböden werden zu verschiedenen Zwecken aufgeheizt. Insbesondere kontaminierte Standorte - wie z. B. Kohlenwasser- stoff-verunreinigte Böden - werden mittels in-situ-Verfahren dekontaminiert. Dabei ist ein Auskoffern des Erdbodens zu teuer. Manchmal befindet sich die kontaminierte Stelle unter einem Bauwerk, das nicht abgerissen sondern voll funktionsfähig bleiben soll.
Meist ist es wünschenswert, den Erdboden von z. B. 5°C auf
30 ... 40 0 C oder mehr aufzuheizen. Dadurch wird der mikrobakterielle Zersatz der Zielstoffe angeregt, da die Mikrobakterien bei höheren Temperaturen bessere Bedingungen zur Aktivität vorfinden. Bei weiterer Erhöhung der Temperatur wird die Mo- bilität der Schadstoffe verbessert, was den Einsatz komplementärer Verfahren ermöglicht, beispielsweise Bodenluftabsau- gung .
Kommt man bei letzterem Verfahren zum Siedepunkt des Wassers, spricht man von einem „Stripping"-Prozess, bei dem durch Wasserverdampfung ein noch höherer Schadstoffaustrag erreicht werden kann. Durch die Verdampfung wird ein Volumenstrom angeregt, welcher auf der Volumenvergrößerung Wasser/Wasserdampf beruht.
Es kann Ziel der Dekontaminationsstrategie sein, alle Temperaturbereiche zeitlich gesehen gezielt anzufahren und zu hal- ten. Damit können biologische, chemische und physikalische Effekte genutzt werden.
Mit dem sog. THERIS-Verfahren (Hiester et al . , Wissenschaft- licher Bericht Nr. VEG 05, Institut für Wasserbau, Universität Stuttgart, 2003, Nr. 2003/14 - Abschlussbericht zur Phase II., http :// . bwpl us . fzk . de /index projekce dabenbank.html) ist bereits eine Methode bekannt, flüssige organische Schadstoffe aus Erdböden durch Einbringen fester Wärmequellen auszutrei- ben. Dabei können elektrische Heizungen, beispielsweise zur dielektrischen Erwärmung, mittels Radiowellen zum Einsatz kommen (s. Habilitationsschrift H. Roland, Th. Bergakademie Freiberg 2006) .
Die thermischen Verfahren bedienen sich im Allgemeinen eines dielektrischen oder resistiven Aufheizprozesses. Neben diesen elektrischen Verfahren gibt es auch Möglichkeiten einer Bodenlüftung, wobei heiße Luft oder Dampf verwendet wird.
Das resistive Verfahren wird beim Stripping Prozess so angewendet, dass Elektroden in den Erdboden verbracht werden. Die Elektroden werden mit einer Spannungsquelle verbunden, so dass durch den Erdboden ein resistiver Widerstand gebildet wird. Nachteil der Methode ist, dass der Strom sich leitfähi- ge Pfade sucht, in welchen die Stromdichte am höchsten wird und die folglich austrocknen mit Verminderung der elektrischen Leitfähigkeit. Weiterhin ist an den Elektroden mit resistiven Übergangswiderständen zu rechnen, wobei mit der Zeit u. U. ein Verkoken der Elektroden auftreten kann. Die Methode erfordert weiterhin eine hohe Anzahl an vertikalen Elektroden, was es unmöglich macht, z. B. unter Gebäuden ohne Zerstörung des Fundamentes zu heizen. Gewöhnlich nimmt man 50 Hz oder 60 Hz Wechsel- oder Drehstrom oder Gleichstrom.
Wie erwähnt können alternativ für obigen Zweck auch Heizpatronen eingesetzt werden, was in der lokalen Wärmeverteilung allerdings eher ungleichmäßig bezüglich des Volumens ist und sich daher nicht bewährt hat.
Eine bessere Methode ist bekanntermaßen das dielektrische Heizen. Hierbei werden die Dipole vornehmlich des Wasserdi- pols in Schwingung versetzt in einem Frequenzbereich größer 300 MHz, wobei idealerweise bei 2,45 GHz - wie in der Mikrowellentechnologie angewendet - die Resonanzfrequenz des Wasserdipols auftritt. Die dadurch entstehende Wärme heizt das im Erdreich natürlich vorhandene Wasser auf und demzufolge durch weitergehende Wärmeleitung auch die übrigen Erdstoffe.
Nachteil letzterer Methode ist, dass ebenfalls eine hohe Anzahl an Antennen notwendig ist, weil die Eindringtiefe des elektromagnetischen Feldes auf den Meterbereich begrenzt ist und über die Entfernung von der Antenne das Feld radial stark abfällt.
Alle bekannten Methoden haben den Nachteil, dass unerwünschte Temperaturgradienten entstehen und damit insgesamt die Auf- heizung inhomogen abläuft.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben und eine zugehörige Anlage zu schaffen. Dazu sollen geeignete Anwendungen vorgeschlagen werden.
Die Aufgabe ist für ein Verfahren der eingangsgenannten Art erfindungsgemäß durch die Maßnahmen des Patentanspruches 1 gelöst. Eine zugehörige Anlage ist Gegenstand des Patentanspruches 11 .Eine erfindungsgemäße Verwendung einer solchen Anlage unter Verwendung des angegebenen Verfahrens ist Inhalt des Patentanspruches 21. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens, der zugehörigen Anlage und der diesbezüglichen Verwendung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein induktives
Heizverfahren mit einer Anlage, wie sie für die Anmelderin mit dem DBP 10 2007 040 605 speziell im Zusammenhang mit der Ölsandförderung unter Schutz gestellt ist.
Die vorliegende Erfindung nutzt aus, dass die dort im Einzel- nen beschriebene induktive Methode zur Heizung von oberflächennahem Erdbereich angewendet wird. Dabei wird eine geeignete Frequenz im Bereich von 10 kHz bis 200 kHz verwendet, welche von einem Umrichter erzeugt wird. Der Umrichter speist einen Induktor, welcher der Länge nach in zwei im Wesentli- chen parallelen Strängen in den Erdboden eingebracht wird.
Hierzu wird durch ein Horizontalbohrverfahren (sog. „horizontal directional drilling") ein Verlauf gebohrt, welcher für den Induktor eine Schleife vorgibt, welche mit ihren Enden an den Hochfrequenz-Leistungsgenerator bzw. -Umrichter ange- schlössen wird. Dabei können bei der Horizontalbohrung geeignete Krümmungen für die Induktorleitungen vorgegeben werden.
Bei der Erfindung wird also der Erdboden entsprechend seiner Leitfähigkeit kontaktlos aufgeheizt. Durch das immer vorhan- dene Wechselfeld um den Induktor werden im Erdboden Wirbelströme induziert, welche die Erwärmung verursachen. Dieser Effekt hat eine Eindringtiefe von bis zu ca. 50 m und propagiert sich selber weiter, indem an nicht mehr leitfähigen Stellen keine Wirbelströme erzeugt werden. Um den Induktor ist zunächst die höchste Leistungsdichte, nach außen hin verringert sich die Leistungsdichte deswegen, weil das aufzuheizende Volumen, radial vom Induktor weg gesehen, größer wird.
Bei der Erfindung wird davon ausgegangen, dass 1 kW bis zu 10 kW bis 20 kW je Meter Länge des Induktors in den Erdboden eingebracht wird. Es ist je nach Leitfähigkeit und Volumen eine Aufheizzeit von mehreren Monaten bis Jahren notwendig. Durch gezieltes Einbringen leitfähiger Lösungen (z. B. Kochsalz- oder Meersalzlösung) ist eine Anhebung des Effektes an bestimmten Stellen oder großvolumig möglich.
Im Rahmen der Erfindung wird die Eindringtiefe durch Frequenz und Bodenleitfähigkeit bestimmt, wodurch im beheizten Erd- reich ein Erwärmungsprofil eingestellt werden kann. Je klein- räumiger bzw. konzentrierter die Erwärmung erfolgen soll, desto höher muss die Frequenz gewählt werden. Dies kann sinnvoll sein, um die unerwünschte Erwärmung von Stahlarmierungen und Rohrleitungssystemen des Bauwerks zu vermindern.
Weiterhin kann eine gezielte, kleinräumige Erwärmung erfolgen, indem Hin- und Rückleiter der Induktorschleife in geringem Abstand, beispielsweise von 2 bis 5 m, geführt werden, was beispielhaft in der älteren, nicht vorveröffentlichten deutsche Patentanmeldung AZ 10 2008 044 953.9 der Anmelderin erläutert wird.
Wird eine Anlage benutzt, wie sie im Einzelnen in der älte- ren, nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung
AZ 10 2008 044 955.5 der Anmelderin beschrieben ist, können bei der Dekontamination die Erwärmungsprofile durch eine geeignete Bestromung eines Arrays von Induktoren an die räumlichen Erfordernisse unter Berücksichtigung der Bodenleitfähig- keitsverteilung angepasst werden. Das Induktor-Array kann zeitlich variabel bestromt werden.
Der erfindungsgemäße Effekt hat eine Eindringtiefe von bis zu ca. 50 m. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass nunmehr auch unter Gebäuden oder anderen lokal schwierigen Stellen ein Aufheizen des Erdbodens erreicht werden kann, was mit den thermischen Methoden des Standes der Technik nicht zu ereichen ist.
Die erfindungsgemäße Aufheizung erfolgt kontaktlos. Die benötigte Fläche ist äußerst gering. Das neue Verfahren kann auch mit anderen Verfahren der Dekontaminierung kombiniert werden.
Mit der Erfindung ist also eine Technologie geschaffen, die besonders vorteilhaft im Rahmen eines effektiven Umweltschutzes einsetzbar ist. Anwendungsbeispiele für bebaute Gelände sind Tankstellen, für nicht bebaute Gelände die Sanierung von Truppenübungsplätzen oder anderer mit Öl oder dergleichen organischen Substanzen verunreinigter Betriebsgelände.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen .
Es zeigen jeweils in schematischer Darstellung
Figur 1 dreidimensional einen bevorzugten Anwendungsfall einer Induktiven Heizung unter dem Betriebsgelände einer Tankstelle,
Figur 2 eine Projektion bzw. ein Schnitt längs der Linie X-X in Figur 1,
Figur 3 eine Draufsicht auf im Erdboden verlaufende Induktorleitungen mit variierendem Abstand von Hin- und Rückleiter,
Figur 4 eine spezifische Schaltungsanordnung zum Aufheizen von Erdreich auf eine vorgegebene Temperatur bzw. zum
Heizen auf vorgebbare, zeitlich und/räumlich veränderbare Temperaturprofile unter Verwendung von array- artigen Induktorstrukturen, und Figur 5 eine Schaltungsanordnung zur Verwendung von mehreren separaten Generatoren mit unterschiedlichen Betriebsfrequenzen zur Verwendung bei der arrayartigen Induktorstruktur gemäß Figur 4.
In den Figuren haben gleiche Teile bzw. Einheiten gleiche bzw. sich entsprechende Bezugszeichen. Es wird dazu auch auf die oben bereits zitierten älteren deutschen Patentanmeldungen der Anmelderin verwiesen, auf deren Offenbarung teilweise zurückgegriffen wird.
Vorgenannte Figuren werden nachfolgend teilweise einzeln oder aber gruppenweise gemeinsam beschrieben. Figur 1 zeigt ein bebautes Betriebsgelände als einen potentiellen Anwendungsfall der Erfindung im Rahmen eines gezielten Umweltschutzes. In Figur 1 ist die Erdoberfläche mit 1 bezeichnet, die beispielsweise ein Betriebsgelände mit einer Tankstelle 2 als Beispiel für eine Funktionsbebauung enthält. Bei einem solchen Betriebsgelände ist das Erdreich des Erdbodens bei längerer Nutzung der Anlagen zwangsläufig mit koh- lenwasserstoffreichen organischen Verunreinigungen kontaminiert .
Zur Dekontamination des Erdreiches erfolgt nunmehr vorteilhafterweise eine induktive Beheizung des Bodens über eine Induktoranordnung 10, die unterhalb der Bebauung mit einer Hinleitung 15 und einer Rückleitung 20 im Wesentlichen horizon- tal und gegeneinander bananenförmig geführt sind. Oberhalb des Erdbodens 1 befindet sich auf der einen Seite eine Schleife 25 als Verbindung der beiden Induktorleitungen 15,20 und auf der anderen Seite wenigstens ein Hochfrequenzgenera- tor/-Umrichter 60. Die Induktorleitungen 15, 20 können bei bebautem Gelände über im Wesentlichen horizontal geführte
Bohrungen geführt werden, die in Figur 1 nicht im Einzelnen dargestellt ist. Dazu wird mit entsprechender Horizontal- Bohr-Technologie („horizontal drilling") gearbeitet, die in der Fachwelt bekannt ist. Betrachtet wird ein Quader 100 als Einheitsvolumen.
Zur wirtschaftlichen Durchführung letzterer Horizontalbohr- Technologie muss beachtet werden, dass die Krümmungsradien der Bohrungen nicht zu klein werden. Derartige Vorgaben sind bei dem hier angegebenen Beispiel mit Bohrungen unterhalb der Bebauung zwingend zu berücksichtigen.
Figur 2 gibt einen Schnitt bzw. eine Projektion in Richtung auf die Schnittlinie X-X in Figur 1 wieder. Erkennbar ist in dieser Darstellung - Schnitt parallel zum Einheitsquader 100 aus Figur 1 - das unterirdische Erdreich 5 mit den beiden Induktorleitungen 15, 20, die sich in vorgegebener Tiefe d von der Erdoberfläche befinden und untereinander einen definierten Abstand a x haben. Der Luftbereich (sog. "Overburden") ist in Figur 2 mit dem Bezugszeichen 6 gekennzeichnet und hat in dieser Darstellung keine Bebauung.
Wie aber oben bereits erwähnt ist speziell in Figur 1 eine Anwendung bei einem bebauten Gelände wiedergegeben werden, bei dem es darauf ankommt, die Bohrungen im Erdboden unter den Gebäuden, beispielsweise einer Tankstelle oder einem Fab- rikgelände, ohne deren Funktionsstörung vorzunehmen.
Abweichend von letzterem Anwendungsfall kann es sich aber auch um unbebautes Gelände, beispielsweise einen aufgelassenen Truppenübungsplatz, handeln. Wie die Erfahrungen zeigen, wurden in der Vergangenheit gerade hier unter Außerachtlassen jeglichen Umweltschutzes organische Materialien entsorgt, d. h. im Erdboden vergraben oder bei entsprechender Viskosität einfach in das Erdreich abgelassen.
Weitere Anwendungsbeispiele sind Mülldeponien oder Industriebrachen, die in zunehmendem Maße nach ihrer bestimmungsgemäßen Nutzung einer umweltgerechten Verwendung, beispielsweise auch Wohnzwecken, zugeführt werden sollen, ohne dass das Erdreich komplett ausgetauscht werden muss. Gerade in solchen Fällen sind aber vorher sind gezielte Umweltschutzmaßnahmen durchzuführen, wie die in vorliegender Patentanmeldung im Einzelnen beschrieben sind.
In Figur 3 ist dargestellt, dass bei einer Anordnung entspre- chend Figur 1/2 die in diesem Fall im Erdboden geführten Induktionsleitungen 15 und 20 nicht parallel mit konstantem Abstand verlaufen brauchen. Vielmehr haben sie abschnittsweise unterschiedliche Abstände a lr was den Gegebenheiten der Stätte angepasst werden kann. Sie können je nach den geologischen Bedingungen untereinander Abschnitte für eine induktive Wechselwirkung haben und dort sehr eng geführt sein, so dass sich die Magnetfelder kompensieren. Insbesondere für den Fall, dass im Bereich 100 ein Hindernis 30 vorhanden ist, als einen so genannten „tauben" Bereich darstellt, wie z. B. Massivstein o. dgl . , kann dort die parallele Anordnung der Leitun- gen 15/20 um diesen Bereich eng herumgeführt werden und sich hinter dem Hindernis 30 wieder erweitern, um die induktive Heizwirkung zu generieren. Insgesamt ergibt sich wiederum in bekannter Weise eine
Leiterschleife, die insbesondere überirdisch geschlossen wird, was fertigungstechnisch einfach zu erreichen ist.
Als Induktorleitungen werden Multifilament-Leitungen verwendet, wie sie im Prinzip bereits in älteren Anmeldungen der Anmelderin vorbeschrieben sind. Dabei kann eine kapazitive Kompensation, bei der die Induktivität der Leitungen durch in Serie geschaltete Kapazitäten kompensiert, wird vorgenommen werden, wobei sich eine vorgegebene Resonanzlänge ergibt.
Eine entsprechende Draufsicht einer solchen Induktoranordnung ergibt sich aus Figur 3. Es sind hier insgesamt acht Sektionen I, II, ..., VIII mit unterschiedlichen Abständen a x der Induktorleitungen 15/20 eingetragen. Zu beachten ist, dass für die Sektionen I, II, ..., VIII jeweils separat einzelne Kompensationsmaßnahmen der Leitungen unter Berücksichtigung der veränderten Resonanzlängen durchgeführt werden.
Bei Schaltungsanordnungen zum Betrieb der Induktoren werden Schaltungsanordnungen verwendet, wie sie bereits in anderem Zusammenhang vorbeschrieben sind. Dies wird beispielhaft an- hand der Figuren 4 und 5 verdeutlicht:
In Figur 4 ist im Einzelnen dargestellt, wie vier Induktorpaare mit zeitlich sequentieller Bestromung geschaltet werden können. Dabei ist mit 60 wiederum der Hochfrequenz- Leistungsgenerator bezeichnet, dessen Ausgänge auf Schaltein heiten 61, 61' gegeben werden. Die Schalteinheiten 61, 61' haben jeweils vier unterschiedliche Kontakte, wobei die Schalteinheit 61 an vier Induktoren 11, 12, 13, 14 als Hinleiter und die Schalteinheit 61' an vier Induktoren 16, 17, 18, 19 als Rückleiter angeschlossen sind, die über die Lei- tungsverbindung 25 die Induktionsschleife bilden. Ein Umschalttaktgeber 62 sorgt für das Umschalten bzw. Anschalten der Generatorspannung an die einzelnen Leitungen 11 bis 14 bzw. 16 bis 19.
Die einzelnen Induktorleitungen 11 bis 14 bzw. 16 bis 19 sind entsprechend Figur 1 im der Erdbodenstätte 100 angeordnet. Beidseitig der Erdbodenstätte 100 sind Bereiche 105 vorhanden, die nicht oder wenig beheizt werden sollen und phänomenologisch den Luftraum darstellen. Weiterhin ist eine Verbin- dungsleitung 25 an die Enden der Induktoren angeschlossen, welche die Hin- und Rückleiter miteinander verbindet. Die Verbindungsleitung 25 kann ober- oder unterirdisch angeordnet sein .
Mit letzterer Anordnung ist es möglich, gesteuert jeweils einzelne benachbarte Bereiche der Erdbodenstätte zu beheizen. Dies kann insbesondere zeitlich nacheinander, d.h. sequentiell, erfolgen. Der Umschalttaktgeber 62 kann dabei von einer separaten Steuereinheit 63 angesteuert werden, die insbe- sondere die Temperatur T in der Erdbodenstätte 100 berücksichtigt. Dafür können beispielsweise in Figur 2 nicht dargestellte Temperatursensoren an den einzelnen Induktoren bzw. Induktorleitungen platziert werden, um dort lokal die jeweiligen Temperaturen T 1 zu messen und an die Steuereinheit 63 zur Auswertung zu leiten. Es können so insbesondere Übertemperaturen an den Induktoren vermieden werden.
Möglich ist es aber auch, die Temperaturen lokal an beliebigen Stellen in der Erdbodenstätte 100 zu messen und bei der Ansteuerung der Generatoren zu berücksichtigen. Wesentlich ist dabei, dass sich so die Leistungsabgabe der Generatoren verändern und an die jeweiligen Anforderungen, die sich in den zeitlichen Erwärmungsphasen der Lagerstätte ändert, anpassen lassen. Dies gilt insbesondere deswegen, da die Zeitphasen bei der Erwärmung lang sind, beispielsweise Wochen und mehr .
In Figur 5 ist die Anordnung gemäß Figur 4 dahingehend abgeändert, dass vier Hochfrequenz-Leistungsgeneratoren 60', 60'', 60''' und 60'''' vorhanden sind, welche jeweils paar- weise zwei der Induktoren 11 bis 14 bzw. 16 bis 19 ansteuern und wiederum über die Verbindungsleitung miteinander verbunden sind.
Die Verbindung der Induktoren kann ober- oder unterirdische erfolgen. Mit einer solchen Anordnung ist es insbesondere möglich, vier Induktorpaare gleichzeitig mit unterschiedlichen Stromstärken bei unterschiedlichen Frequenzen zu bestro- men .
Eine Anordnung gemäß Figur 4 kann dahingehend abgewandelt werden, dass auch unterschiedliche Frequenzen verwendet werden. Dies ist in Figur 5 dargestellt, bei der wiederum acht Induktoren 11 bis 14 und 16 bis 19 in der Erdbodenstätte parallel zueinander angeordnet sind. Jeweils zwei der Indukto- ren 11 bis 14 und 16 bis 19 werden von einem separaten Generator 60' bis 60'''' angesteuert. Dabei sind in diesem Fall solche Generatoren gewählt, die unterschiedlich vorgebbare Frequenzen generieren. Beispielsweise hat Generator 60' die Frequenz fi, Generator 60'' die Frequenz f 2 , Generator 60''' die Frequenz f 3 und Generator 60'''' die Frequenz f 4 . Durch die Versorgung mit Strömen unterschiedlicher Frequenzen werden nunmehr gezielt die einzelnen Bereiche unterschiedlich beheizt, ohne dass es zu Auslöschungseffekten der Felder benachbarter Induktoren kommt, d.h. die Heizleistungsbeträge der mit verschiedene Frequenzen betriebenen Induktorpaare verhalten sich additiv.
Anhand der Beispiele wurde gezeigt, dass die Heizleistungsan- teile in der Erdbodenstätte 100 über eine differenzierte Bestromung der Induktoren in vorgegebenen Grenzen beeinflusst werden können. Diese Anteile werden für ein im Einzelnen untersuchten Beispiel abschließend wiedergegeben:
a: Bei Bestromung beispielsweise der Induktoren 1 bis 5 ergibt sich beispielsweise eine prozentuale Verlustverteilung von:
OB 31,3 %, Erdbodenstätte 45,5 % und UB 23,2 %. b: Bei gleichzeitiger Bestromung aller Induktoren ergibt sich dagegen :
OB 24,2 %, Erdbodenstätte 62,8 % und UB 13,0 %.
Letzteres bedeutet, dass der größte Teil der Heizleistung in der Erdbodenstätte dann deponiert wird, wenn eine gleichzeitige Bestromung der Induktoren erfolgt, und zwar mit einer Phasenverschiebung von φ = 180° zwischen benachbarten Induktoren. Daher kann eine Umschaltung zwischen den Bestromungs- arten je nach dem zeitlichen Ablauf der Erwärmung der Erdbo- denstätte vorteilhaft sein, insbesondere in Abhängigkeit von der gewünschten Heizleistungsverteilung der Generatoren bzw. der dabei eingesetzten Generatorenanzahl.
Insgesamt kann festgehalten werden, dass die zur Beheizung der Erdbodenstätte maßgeblichen elektrischen Parameter zeitlich und/oder örtlich variabel vorgegeben werden und von außerhalb der Erdbodenstätte zur Optimierung der Erwärmung verändert werden können. Bei der zugehörigen Vorrichtung ist wenigstens ein Generator vorhanden, vorzugsweise aber mehrere Generatoren, wobei dessen/deren elektrische Parameter wie
Strom (I), Frequenz (f x ) und/oder Phase (φ) variabel und ggf. betriebsmäßig veränderbar sind.
Vorstehend wurde ein Verfahren zum Aufheizen von Erdböden mit Erdreich, das elektrisch beheizt wird, beschrieben, wobei ein induktives Heizverfahren angewandt wird, bei dem das Erdreich durch hochfrequente elektromagnetische Felder im Bereich zwi- sehen 10 und 200 kHz aufgeheizt wird.
Bei einer zugehörigen Anlage zur Durchführung des Verfahrens hat einen Generator für Hochfrequenz vorgegebener Frequenz im kHz-Bereich, an den wenigstens ein Induktor mit einem Hinleiter und einem Rückleiter angeschlossen ist. Der Hochfrequenzgenerator ist entweder ein Reihenresonanzumrichter oder ein Parallelresonanzumrichter, und die Induktoren bestehen vorzugsweise aus Multifilament-Leitungen . Verwendung findet das Verfahren bzw. eine derartige Anlage im Rahmen eines aktiven Umweltschutzes zur Rekultivierung verseuchter Betriebsgelände .
Next Patent: METHOD AND APPARATUS FOR CONTROLLING TRAFFIC AT A RAILWAY CROSSING