DE10058507A1

DE10058507A1 - Vorrichtung zum induzierten, gerichteten Molekül- und Ionentransport in nichtkapillaren sowie insbesondere kapillaren Stoffen mittels dispergierter Elektroden und netzunabhängiger Solarstromversorgung (Sicco-Plan-System)

Info

Publication number: DE10058507A1
Application number: DE2000158507
Authority: DE
Inventors: Rolf Schlegel
Original assignee: DUTKEWITZ WOLFGANG
Current assignee: DUTKEWITZ WOLFGANG
Priority date: 2000-11-24
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2002-06-06

Abstract

Das Verfahren zum induzierten, gerichteten Molekül- und Ionentransport in kapillaren Stoffen mittels dispergierter Elektroden bedient sich elektrisch leitfähiger Kunststoffe, die in geeigneten Flüssigkeiten dispergiert, nachfolgend auf wasserenthaltender Kapillarstoffe aufgesprüht, nach Verfestigung mit einer gerichteten Gleichstromquelle mit definierter, gepulster Spannung verbunden werden und über den elektroosmotischen Effekt die Moleküle und Ionen in eine vorgegebene Richtung bewegen. Das System besteht aus 3 Einheiten: (a) Fotovoltaische Energiequelle, (b) Elektronische Steuerung und Regelung und (c) spezifisch dispergierte Kunststoff-Flächenanoden.

Description

Das Verfahren zum induzierten, gerichteten Wassertransport in kapillaren Stoffen mittels dispergierter Elektroden bedient sich elektrisch leitfähiger Kunststoffe, die in geeigneten Flüssigkeiten dispergiert, nachfolgend auf wasserenthaltender Kapillarstoffe aufgesprüht, nach Verfestigung mit einer gerichteten Gleichstromquelle mit definierter, gepulster Spannung verbunden werden und über den elektroosmotischen Effekt Wasser in eine vorgegebenen Richtung bewegen.

Die Erfindung bezieht sich auf die Entfeuchtung von Mauerwerk und anderen Stoffen mit Kapillarstruktur mittels Elektroosmose. Im Gegensatz zu einer Reihe von patentierten Verfahren mittels der sog. elektromagnetischen Entfeuchtung und Trockenhaltung von Mauerwerken, die auf der Basis von physikalischen Gesetzmäßigkeiten betrachtet wirkungslos sein sollten (unkorrekterweise auch als elektroosmotische Systeme bezeichnet), weisen die angewandten elektroosmotischen Systeme ebenfalls Unzulänglichkeiten auf, die durch das o. g. Verfahren vermieden werden.

Erläuterung der Elektroosmose

In einem U-förmigen, mit Wasser gefülltem Rohr befindet sich zwischen den Schenkeln ein aus porösem Material bestehender, von feinen kapillaren Kanälen durchzogener Strukturbereich (vgl. Abb. 1). An den Wänden der Kapillaren bilden sich durch die Flüssigkeitsströmung sog. Doppelschichten (vgl. Abb. 2). Unter dem Einfluß eines von außen angelegten elektrischen Feldes (Gleichspannung) bewegen sich die positiv geladenen Moleküle oder Ionen, die in dem nichthaftenden Teil der Doppelschicht enthalten sind vom Plus- zum Minuspol der angelegten Spannung. Sie tragen durch Hydratisierung (Anlagerung von Wasser an chemische Verbindungen) angelagerte Wassermoleküle mit. Durch innere Reibung kommt das ganze in den Kapillaren enthaltene Wasser in Bewegung und die Flüssigkeit wird vom Schenkel des Rohres an dem der Pluspol anliegt, zu der Seite an der der Minuspol angeschlossen ist getrieben. Im Gegensatz zur Ionenwanderung (vgl. Abb. 2) haben wir hier nur eine einseitige Wanderung der gesamten Flüssigkeit. Das nennt man Elektroosmose. Dieses Phänomen wurde von Reuss um 1803 entdeckt und 1806 publiziert. Das Prinzip eignet sich somit zum Trocknen von Mauerwerk oder anderen kapillaren Stoffen wie Erde, Torf oder feinstrukturierte Schüttgüter. Die Anode wird an der entgegengesetzten Seite des beabsichtigten Feuchtevektors angebracht, die Kathode am zu erwartenden Feuchteaustritt (in der Regel die Erde).

Da Feuchtebeeinträchtigungen in der Regel ungleichmäßig flächig bzw. räumlich zutage treten, sind meist nicht nur eine, sondern mehrere anodische (sowie häufig auch katodische) Elektroden erforderlich, die einen gleichmäßigen Stromabfluß garantieren.

Im Verlauf der technischen Entwicklung der Elektroosmose ist mit verschiedenartigen Elektroden experimentiert worden. Zunächst kamen Stabelektroden in unterschiedlichen Legierungen zum Einsatz, um die Korrosion während des Betriebes zu reduzieren. Später waren es metallische Bänder oder Netzelektroden, die z. T. mit elektrisch leitenden Lacken vor Korrosion geschützt wurden. Die Hauptleiter bestehen gewöhnlich aus Titan-Silber-Legierungen.

Obwohl Netzelektroden, korrosionsgeschützt oder ungeschützt, bereits eine Erleichterung bei der Installation von derartigen Entfeuchtungssystemen erbrachten, ist die Anbringung derartiger anodischen Elektroden an schwerzugänglichen Gebäudebereichen nach wie vor aufwendig und manchmal gar nicht realisierbar. Korrosion läßt sich ebenfalls nicht vollständig vermeiden und der elektrische Kontakt zu dem feuchteführenden Untergrund ist häufig unzureichend. Nach Gebrauch ist dererlei Material schwer recycelbar und somit umweltbelastend.

Leitfähige Kunststoffe

Anfang der 70er Jahre wurde durch den Japaner H. Shirakawa und die Amerikaner MacDiarmid und A. J. Heger polymere Kunststoffe entdeckt, die Strom zu leiten vermögen. Die elektrische Leitfähigkeit kommt durch Elektronen zustande, die den Polymeren selbst angehören, und zwar durch Elektronen ungesättigter Bindungen. Der Einsatz von Kunststoffen als Elektroden würde das Problem der Korrosion lösen. Inzwischen ist es gelungen, solche Polymere aus der Gruppe der Polyacetylene,

Polyaniline, Polypyrrole und Polythiophen so weit zu verbessern, daß sie hohe elektrische Leitfähigkeiten besitzen und edler als Kupfer sind (Position in der Spannungsreihe von Metallen: Gold < Platin < Edelstahl < Silber < Polyanilin < Kupfer < Blei < Eisen < Zink < Aluminium < Magnesium).

Inzwischen sind sogar derartige schwerdispergierbare Kunststoffe als Dispersion in organischen Lösungsmitteln und Wasser vorgestellt worden (ORMECON, Zipperling Keßler & Co, Ahrensburg, 2000), die allerdings noch in der Forschung der Elektronikindustrie auf ihre Nutzungseigenschaften und Applikationsbereiche untersucht werden.

Mit der Erfindung werden die Probleme der Elektrodenkorrosion, der unzureichenden elektrischen Ableitung von Netz- oder Bandelektroden in die meist heterogenen Maueroberflächen und die aufwendige Installation von Elektroden gelöst. Es wird eine wässrige elektrisch leitende Kunststoff-Dispersion aus einer Druckflasche (air- brush-System) auf die zuvor von groben, lockeren Oberflächenstrukturen befreiten Mauerbereiche gesprüht.

Der Sprühstahl wird auf die stark und weniger stark beeinträchtigen Regionen geführt. Auf diese Weise kann eine großflächige Stromableitung mit engen Kontaktschluß zur Maueroberfläche erzielt werden. Der Sprühfilm wird nicht stärker als für seine eigene mechanische Stabilität notwendig eingestellt, d. h. eine Kunststoff-Teilchengröße von etwa 0,1-1,5 µm, eine Kunststoffkonzentration von etwa 0,5-5%. Die spezifischen Kenngrößen richten sich nach den jeweiligen Anwendungsbedingungen und sind Bestandteil der Erfindung. Je nach Bedarf kann der Sprühvorgang wiederholt und einer schnellere Trocknung der Dispersion durch geeignete Systeme befördert werden, die ebenfalls Bestandteil der Erfindung sind.

Der Sprühfilm wird bis über den zu entfeuchtenden kapillaren Mauerbereich geführt. An einem oder mehreren angrenzenden trockneren Regionen wird der Sprühfilm über korrosionsarme elektrische Leiter geführt, um auf diese Weise die Verbindung des Sprühfilms mit der elektrischen Spannungsquelle zu verbinden. Die Art und Weise sind Bestandteil der Erfindung. Als Katode wird ein korrosionsarme Erdelektrode verwendet, die in der Nähe des zu entfeuchtenden Objektes angebracht wird. Die Elektrode ist durch leitende Kunststoffe oberflächenveredelt. Die Art und ihre Wirkungsweise sind Bestandteil der Erfindung.

Im Gegensatz zu bisherigen Systemen wird eine stromnetzunabhängige Solarzelle (die am äußeren Gebäude optimal angebracht ist) - gekoppelt mit aufladbaren geeigneten Stromspeichern - als Gleichspannungsquelle mit dem elektrisch leitenden Kunststoff des Sicco-Plan-Systems eingesetzt. Diese Teilsysteme sind Bestandteil der Erfindung. Über ein Steuergerät ist die Spannung im Bereich von 1,3-12 Volt und die Frequenz von 5-50000 Hertz regelbar. Eine elektrische Zersetzung des Wassers in unmittelbarer Elektrodennähe wird durch genaue Einstellung der elektrischen Spannung vermieden. Die spezifischen Kennwerte werden wiederum den konkreten lokalen Feuchte- und Objektbedingungen angepaßt. Eine physikalisch begründete Polarisation der Elektroden wird über das Steuergerät derart geregelt, daß abwechselnd mit den Spannungsimpulsen eine Depolarisierung erfolgt.

Abbildungslegenden

Abb. 1 sschematische Darstellung des Funktionsprinzip der Elektroosmose;

Abb. 2 schematische Darstellung der physiko-chemischen Situation in einer Kapillare nach Initiation der Elektroosmose;

Abb. 3 schematische Darstellung des SICCO-PLAN Systems mit Solarenergiegewinnung, Stromfluß, Steuereinheit und Elektrodenverteilung;

Abb. 3a vergrößerte Darstellung der dispergierten anodischen sowie katodischen Elektroden einschließlich Kontaktverbindung und Zuleitungen.

Claims

1. Vorrichtung zur optimalen und effektiven Stromableitung in nichtkapillare und insbesondere kapillare Stoffe mittels direkter, gesprühter oder ähnlich aufgetragener, flächiger sowie leitfähiger Kunststoffelektroden zum Zwecke des gerichteten Transportes von Wassermolekülen sowie Ionen in nichtkapillaren und insbesondere kapillaren Stoffen (vgl. Abb. 3 und 3a).

1. Die Vorrichtung ist so beschaffen, daß ein Optimum an Kontaktfläche im Zusammenhang mit der Stromableitung gegeben ist.
2. Die Vorrichtung besteht aus elektrisch leitende Kunststoffpartikel, die in einem geeigneten Dispersionsmedium, das mit dem jeweiligen kapillaren Stoffuntergrund physikalisch und chemisch harmoniert, vorliegen.
3. Das Dispersionsmedium der Vorrichtung ist so beschaffen, daß keine oder nur geringe artifizielle Trocknung erforderlich wird.
4. Die Schichtdicke der Vorrichtung ist ausreichend, um (a) die Ableitung von Strom in den vorgewählten Bereichen wie unter 2. dargestellt zu ermöglichen, (b) die eigene mechanische Stabilität sowie Flexibilität und (c) die Nutzungsfähigkeit für Innen-, Außen- und überdeckte Oberflächen nichtkapillarer und insbesondere kapillarer Stoffe zu gewährleisten.

2. Elektronische Steuer- und Regulationsvorrichtung zur optimalen Modulation von Frequenz, Pulsation, Spannung, Richtung und Stärke eines Stroms in Verbindung mit unter 1. genannter Vorrichtung mit dem Ziel einer optimalen Effizienz beim gerichteten Transport von Wassermolekülen und Ionen in kapillaren Stoffen.

3. Adjustiertes fotovoltaisches Element oder Elemente zur Lieferung eines hinreichenden großen Gleichstroms zum Betrieb der unter 2. und 1. genannten Vorrichtungen mit dem Ziel der optimalen Entfeuchtung von kapillaren Stoffen.

4. Die unter 1., 2. und 3. genannten Elemente sind als integriertes komplexes System unter dem Markennamen SICCO-PLAN zum verbesserten Entfeuchten von kapillaren Stoffen auf der physikalische Grundlage der Elektroosmose zu verstehen.