DE102018121466A1 - Inverter-Wellengenerator zur Temperierung von Wasser und Verfahren zur Temperierung eines Temperiermediums - Google Patents

Inverter-Wellengenerator zur Temperierung von Wasser und Verfahren zur Temperierung eines Temperiermediums Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Inverter-Wellengenerator zur Temperierung eines Temperiermediums, umfassend dipolare Teilchen, mit einem Gehäuse mit zumindest einer Zulauföffnung und zumindest einer Ablauföffnung für das Temperiermedium, wobei in dem Gehäuse zumindest eine erste Elektrode und zumindest eine zweite Elektrode in einem Abstand zueinander angeordnet sind, und wobei die zumindest erste Elektrode und die zumindest zweite Elektrode mit je einem Pol von zumindest einer elektrischen Signalquelle elektrisch leitend verbunden ist, wobei das Temperiermedium eine Leitfähigkeit im Bereich von 0,055 µS/cm bis 500 µS/cm aufweist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Temperierung eines Temperiermediums, welches dipolare Teilchen umfasst.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Inverter-Wellengenerator mit einer Zelle zur Temperierung eines Temperiermediums, welches dipolare Teilchen umfasst, und einem Gehäuse mit zumindest einer Zulauföffnung und zumindest einer Ablauföffnung für das Temperiermedium. Ferner umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Temperierung eines Temperiermediums wie beispielsweise Wasser.
  • Stand der Technik
  • Elektrische Leitfähigkeit des Wassers
  • Kräfte eines elektrischen Feldes auf geladene Teilchen bewirken einen elektrischen Strom. Dieser entsteht in ionischen Fluiden, die beispielsweise durch Wasser unter Hinzufügung von Salzen, Säuren oder Basen gebildet werden, in Form von bewegten Ionen.
  • Wasser weist je nach Reinheit eine unterschiedliche Leitfähigkeit auf. Der elektrische Strom wird von gelösten Ionen transportiert. Deshalb steigt die Leitfähigkeit mit zunehmender Ionenkonzentration. Reines Wasser hat eine äußerst geringe Leitfähigkeit. Durch Hinzufügen von Salzen, Säuren oder Basen werden in wässriger Lösung freibewegliche Ionen freigesetzt. Dadurch steigt die Leitfähigkeit an.
  • In Gasen, Lösungen und Elektrolyten ist die Leitfähigkeit temperaturabhängig, da die Beweglichkeit der Ionen und die Anzahl der Ladungsträger in der Regel mit steigender Temperatur zunimmt, wodurch die Beweglichkeit der Ladungsträger mit der Temperatur zunimmt und die elektrische Leitfähigkeit steigt.
  • In Wasser zeigt sich die Eigenschaft einer Base durch Bildung von OH--Ionen. Gleichzeitig werden H3O+-Ionen in Wasser gebildet, eine Eigenschaft einer Säure. Ein pH-Wert gibt die Konzentration der H3O+-Ionen in Wasser an. Reines Wasser hat den pH-Wert von 7 und wird als neutral bezeichnet. Im Sinne dieser Erfindung wird ein pH-Wertebereich für Wasser von 6,91 bis 7,09 als neutral, ein pH-Wertebereich von 1 bis 6,90 als sauer und ein pH-Wertebereich von 7,1 bis 14 als basisch angenommen.
  • Wasser besteht aus einer Ansammlung von H2O-Molekülen. Diese Wassermoleküle sind polarisiert, das heißt, sie sind an verschiedenen Enden unterschiedlich geladen. Das eine Ende ist positiv geladen, das andere negativ. Das Wassermolekül bildet einen bekannten V-förmigen elektrischen Dipol aus.
  • Durch die unterschiedliche Ladung (Plus- und Minusladung) kommt es zu Anziehungskräften zwischen benachbarten Wassermolekülen, so genannten Wasserstoffbrücken. Sie ziehen sich gegenseitig elektrisch an. Das führt zur Zusammenballung vieler einzelner H2O-Moleküle zu winzigen Clustern. Solche Cluster können aus vielen hunderten bis tausenden von Wassermolekülen bestehen und sie bilden eine je eigene Anordnung. In einem Muster, wie sich die Wassermoleküle miteinander verbinden und Cluster bilden, manifestiert sich der Informationsgehalt des Mediums Wasser. Über Verwirbelungsprozesse kann die Clusterstruktur des Mediums Wasser informell durch zumindest teilweises Verschieben oder durch Auflösen der Cluster verändert werden. Das Medium Wasser hat nach einer Forschertheorie ein Gedächtnis und kann Informationen transportieren. Eine Art „Abdruck“ von in Berührung getretenen beziehungsweise einwirkenden Stoffen und Schwingungen wird demnach dauerhaft bis labil im Medium Wasser gespeichert.
  • Man kennt diesen Effekt von homöopathischen Hochpotenzen, die auch dann noch wirken sollen, wenn der eigentliche Wirkstoff schon so weit verdünnt wurde, dass er materiell gar nicht mehr nachweisbar ist. Man spricht daher in diesem Zusammenhang von „homöopathischen Wasserinformationen“. Diese im Wasser verbleibenden Informationen wurden nach dieser Auffassung vom entsprechenden Stoff durch spezifische Clusterbildung im Wasser gespeichert.
  • Zur Erzeugung von Wärmeenergie aus Wasser (H2O) ist in der europäischen Patentschrift EP 1 875 140 B1 eine Vorrichtung offenbart. Die EP 1 875 140 B1 betrifft einen Wärmegenerator zur Erwärmung eines Fluids mit einem Gehäuse aus einem dielektrischen Material umfassend einen Gehäusemantel, einen Gehäuseboden und einen Gehäusedeckel mit zumindest einer Zulauföffnung und zumindest einer Ablauföffnung für das Fluid. In dem Gehäuse sind zumindest eine Anode und zumindest eine Kathode in einem Abstand zueinander angeordnet. Die zumindest eine Anode und die zumindest eine Kathode sind mit je einem Pol zumindest eines Pulsgenerators elektrisch leitend verbunden. Eine Heizungsanlage umfasst zumindest eine Fördereinrichtung für ein erstes Fluid, zumindest einen Wärmegenerator zur Erwärmung des Fluids, zumindest einen Wärmetauscher, indem die erzeugte Wärme vom Fluid auf ein weiteres Fluid übertragen wird, die Verwendung des Wärmegenerators zur Heizung eines Gebäudes, sowie ein Verfahren zum Betrieb des Wärmegenerators zur Erwärmung eines aus dipolaren Teilchen, wie Molekülen oder Molekülclustern, bestehenden Fluids, nach dem das Fluid in dem Wärmegenerator einem elektrischen Feld ausgesetzt wird und dabei dessen Teilchen entsprechend ihrer Ladung ausgerichtet werden, wobei die Teilchen zusätzlich mit Spannungspulsen beaufschlagt werden.
  • Ferner ist in der Patentschrift US 5,149,407 A eine Vorrichtung beschrieben, in der Wassermoleküle in Wasserstoff- und Sauerstoffgas aufgespalten werden sollen, wobei die Gase innerhalb einer kapazitiven Zelle durch einen Resonanzvorgang, abhängig von den dielektrischen Eigenschaften von Wasser und von Wassermolekülen, erzeugt werden sollen.
  • Soweit dem Anmelder bekannt ist, konnte ein wirtschaftlicher Wirkungsgrad von mehr als 100% bisher nicht zuverlässig reproduziert werden. Die beispielsweise genannten Veröffentlichungen offenbaren ferner nicht ausreichend konkrete Werte für die Parameter der Vorrichtung und des Verfahrens mit denen soweit bisher bekannt ein wirtschaftlicher Wirkungsgrad reproduziert werden könnte und die in dieser Form gewerblich angewendet worden wären.
  • Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zur Temperierung von Wasser bereitzustellen, mit welchen eine zuverlässig reproduzierbare Temperierung eines fluiden Mediums möglich ist, wobei die abgegebene Energie der Vorrichtung und des Verfahrens höher ist, als die in die Vorrichtung eingespeiste Energie.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch einen Inverter-Wellengenerator zur Temperierung eines Temperiermediums umfassend dipolare Teilchen gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zur Temperierung eines Temperiermediums umfassend dipolare Teilchen gemäß den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 25.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.
  • Das Temperiermedium
  • Das im Inverter-Wellengenerator verwendete dipolare Temperiermedium basiert auf Wasserstoffbrücken. Das dipolare Temperiermedium wird in einer Zelle des Inverter-Wellengenerators temperiert. Das Temperiermedium umfasst beispielsweise Wasser, insbesondere vorteilhaft speziell aufbereitetes neutrales Wasser, welches optional mit Zusätzen angereichert werden kann. In Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Inverter-Wellengenerator wird das beispielhaft verwendete Wasser als Temperiermedium bezeichnet. Grundsätzlich sind auch andere Fluide mit dipolarer Wasserstoffbrückenbildung als Temperiermedium möglich.
  • Die Leitfähigkeit des als Temperiermedium verwendeten Wassers weist Werte im Bereich von 0,055 µS/cm bis 200 S/m auf.
  • Bei niederer bis mittlerer Leitfähigkeit des Temperiermediums wirkt hauptsächlich die stimulierende Wirkung des elektrischen Feldes auf die elektrischen Dipole des Temperiermediums, während ein elektrischer Ionenstrom nicht oder nur geringfügig stattfindet.
  • Mit zunehmender mittlerer bis hoher Leitfähigkeit des Temperiermediums findet zusätzlich zur stimulierenden Wirkung des elektrischen Feldes auf die elektrischen Dipole eine stimulierende Wirkung der in der Bewegung an den Clustern des Temperiermediums reibenden Ionen statt und es steigt die Stärke des Ionenstroms an. Dabei entsteht insbesondere bei einer unipolaren Ausrichtung der Polarität des elektrischen Feldes ohne Wechsel der Polarität eine zunehmende Gasbildung an den Elektroden der Zelle.
  • Je nach Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung des Inverter-Wellengenerators wird alternativ eine weitgehend gasfreie Temperierung oder eine Temperierung unter mehr oder weniger starker Gasbildung erzielt.
  • In der Synergie mit weiteren erfindungsgemäßen Parametern weist die Erfindung alternativ und grundsätzlich folgende Ausführungsbeispiele der Wertebereiche für die elektrische Leitfähigkeit des Temperiermediums auf:
  • Weitgehend gasfreie Temperierung
  • Zur weitgehend gasfreien Temperierung des Temperiermediums wird durch Veränderung der Leitfähigkeit im Temperiermedium eine definierte Leitfähigkeit über eine Leitfähigkeits-Dosierpumpe und Austauschvorrichtung nachgestellt, indem in einem Primärkreislauf das Temperiermedium wenigstens teilweise abgesaugt und/oder Wasser mit einer Leitfähigkeit von 0,055 µS/cm bis 500 µS/cm, insbesondere 0,1 µS/cm bis 100 µS/cm und vorteilhaft 10 µS/cm bis 50 µS/cm, aus jeweils außerhalb der Vorrichtung des Inverter-Wellengenerators angeordneten für diese Fluide geeigneten Tankbehältnissen oder einer Aufbereitungsvorrichtung zugeführt wird, wobei sich Werte von 20 µS/cm bis 30 µS/cm in der Synergie mit weiteren erfindungsgemäßen Parametern als besonders vorteilhaft erwiesen haben.
  • Optional kann zur weitgehend gasfreien Temperierung des Temperiermediums durch Veränderung des pH-Werts im Temperiermedium ein definierter pH-Wert über eine Dosierpumpe nachgestellt werden, indem in dem das Temperiermedium führenden Primärkreislauf Temperiermedium wenigstens teilweise abgesaugt und/oder neutrales Wasser mit einem pH-Wert von 6,91 bis 7,09 aus einem außerhalb der Vorrichtung des Inverter-Wellengenerators angeordneten geeigneten Tankbehältnis oder einer Aufbereitungsvorrichtung zugeführt wird.
  • Dieses Ausführungsbeispiel nutzt vorteilhaft die stimulierende Wirkung des elektrischen Feldes auf die elektrischen Dipole.
  • Temperierung unter mehr oder weniger starker Gasbildung
  • Optional kann zur Temperierung des Temperiermediums unter mehr oder weniger starker Gasbildung durch Veränderung der Leitfähigkeit im Temperiermedium eine definierte Leitfähigkeit über die Leitfähigkeits-Dosierpumpe und die Austauschvorrichtung nachgestellt werden, indem im Primärkreislauf Temperiermedium wenigstens teilweise abgesaugt und/oder Wasser mit einer Leitfähigkeit im Bereich von 0,05 S/m bis 200 S/m, insbesondere 0,05 S/m bis 5 S/m und vorteilhaft 0,05 S/m bis 0,5 S/m aus jeweils außerhalb der Vorrichtung des Inverter-Wellengenerators angeordneten für diese Fluide geeigneten Tankbehältnissen zugeführt wird.
  • Optional wird zur Temperierung des Temperiermediums unter mehr oder weniger starker Gasbildung durch Veränderung des pH-Werts im Temperiermedium ein definierter pH-Wert über eine Dosierpumpe nachgestellt, indem im Primärkreislauf Temperiermedium wenigstens teilweise abgesaugt und/oder neutrales Wasser mit einem pH-Wert von 6,91 bis 7,09 zugeführt wird und/oder Säure mit einem pH-Wert von 1 bis 6,90 und/oder Lauge mit einem pH-Wert von 7,1 bis 14 aus jeweils außerhalb der Vorrichtung des Inverter-Wellengenerators angeordneten, für diese Fluide geeigneten Tankbehältnissen zugeführt wird.
  • Dieses Ausführungsbeispiel nutzt vorteilhaft zusätzlich zur stimulierenden Wirkung des elektrischen Feldes auf die elektrischen Dipole die stimulierende Wirkung der in der Bewegung an den Clustern des Temperiermediums reibenden Ionen. Ferner kann mit der Stärke des Ionenstroms eine zunehmende Gasbildung an den Elektroden der Zelle vorteilhaft zur Energiegewinnung verwendet werden, indem das Gas in der Zelle, im Primärkreislauf oder in einem gesonderten Teil des Primärkreislaufs wieder zu Wasser rekombiniert wird und die dabei entstehende Energie zur Erhöhung des Wirkungsgrades des Inverter-Wellengenerators dem Temperiermedium zugeführt wird.
  • Basen mit einem pH-Wert von bis zu 14 weisen eine ätzende Wirkung auf und reagieren auf Metall. Dies führt zu einer Korrosion von Temperiermedium führenden Rohren und zu einer Verschlammung im Temperierkreis. Um dem entgegenzuwirken wird vorteilhafter Weise mit einem pH-Wert < 7,1 gearbeitet.
  • Die Zelle
  • Der Inverter-Wellengenerator umfasst eine Zelle zur Temperierung des Temperiermediums, welches vorteilhaft über Mittel zur Erzeugung eines statischen Drucks, wie etwa Druckhaltemittel, und/oder über Mittel zur Erzeugung einer dynamischen Druckdifferenz, wie etwa eine elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betriebene Pumpe, und/oder über eine Anordnung zur Unterstützung von Konvektion durch Temperaturunterschiede derart bewegbar ist, dass das Temperiermedium unter Druck in die Zelle eintritt, dort mit einem erfindungsgemäßen stimulierenden elektrischen Steuersignal us(t) angeregt wird, nach dem Austritt aus der Zelle in einen Kreislauf zur Rekombination weiterbewegt und anschließend zur erneuten Anregung des Temperiermediums der Zelle wieder zugeführt wird. Vorteilhafter Weise durchläuft das Temperiermedium dabei den Eingang eines Wärmetauschers und tauscht dabei seine thermische Energie mit einem Sekundärkreis aus, indem es das Temperaturniveau des Sekundärkreises anhebt (heizt) oder absenkt (kühlt). Der Sekundärkreis kann als Fluid ein Gas, wie beispielhaft eine am Wärmetauscher vorbeiströmende Raumluft, ein flüssiges Fluid oder ein gasförmiges Fluid sein, welches in Rohren innerhalb eines Gebäudes oder einer Anlage zum Heizen und/oder Kühlen geführt verwendet wird.
  • Bevorzugter Weise können die Mittel zur Erzeugung eines statischen Drucks und/oder einer dynamischen Druckdifferenz intermittierend steuerbar ausgeführt sein, um eine Phase höheren statischen Drucks oder einer höheren Druckdifferenz mit einer Phase niedrigeren statischen Drucks oder einer niedrigeren Druckdifferenz zeitlich aufeinander folgend nach einer definierten Abfolge zu steuern.
  • Die Zelle kann zwei Elektroden umfassen, zwischen denen das Temperiermedium beim Durchlaufen der Zelle durch ein elektrisches Feld anregbar ist, welches von dem an die Elektroden angeschlossenen stimulierenden elektrischen Steuersignal us(t) erzeugbar ist. Die Elektroden umfassen elektrisch leitendes Material. Das Temperiermedium steht in vorteilhaften Ausführungsbeispielen in direktem, das heißt in elektrisch leitendem galvanischen Kontakt mit den Elektroden der Zelle. Vorteilhaft umfasst in diesen Ausführungsbeispielen wenigstens die Oberfläche der Elektroden elektrisch leitendes Material mit hoher Korrosionsbeständigkeit, wie beispielsweise Edelstahl, Silber, Gold, Platin oder dergleichen. Alternativ kann die Übertragung eines elektrischen Feldes kapazitiv über isolierte Elektroden auf das Temperiermedium erfolgen. Eine Isolation der Elektroden gegenüber dem Temperiermedium kann dabei vorteilhaft säure- oder laugenresistentes elektrisch nichtleitendes Material wie beispielsweise Kunststoff, Gummi, Glas oder Keramik oder dergleichen umfassen. Es sind daneben alternativ auch Elektroden und/oder Elektrodenüberzüge, die teilweise elektrisch leitendes Material mit definiertem spezifischem elektrischen Widerstand wie beispielsweise Keramikverbundwerkstoffe oder Karbonverbundwerkstoffe oder Metallschaum umfassen, optional ist beispielsweise ein wenigstens teilweiser Überzug oder eine wenigstens teilweise Einlagerung von gelhaltigem Material möglich, wodurch eine teilweise galvanisch leitende und teilweise kapazitive Übertragung des elektrischen Feldes von den Elektroden auf das Temperiermedium ermöglicht wird. Die für das elektrische Feld wirksame, zwischen den Elektroden gegenüberstehende Fläche der Elektroden, in der Folge auch als Elektrodenfläche bezeichnet, und/oder deren mittlerer Abstand ist optional vorteilhaft veränderbar ausgeführt. Die für das elektrische Feld wirksame Elektrodenfläche und/oder deren mittlerer Abstand wird dabei vorteilhaft in einer Regeleinheit des Inverter-Wellengenerators von einem Regler in Abhängigkeit von einer Regelabweichung gesteuert.
  • Die Elektroden sind an den Polen einer elektrischen Signalquelle angeschlossen, welche das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) an die Elektroden der Zelle abgibt.
  • In der Zelle des Inverter-Wellengenerators können mittels einer Frequenz oder verschiedener Frequenzen des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) die Moleküle beziehungsweise Cluster des Temperiermediums in ihrer Schwingung verändert werden. Dabei wird über eine Veränderung der Molekülbewegung, die bei der Relativbewegung zueinander entstehende Reibung verändert und dadurch mehr Wärme (Heizung) oder weniger Wärme (Kühlung) erzeugt.
  • Primäres Ziel ist das Anheben der Wärme in einem Temperiermedium von einem tieferen Temperaturniveau auf ein höheres Temperaturniveau. Somit kann das System als primäre Wärmequelle verwendet werden. Da eine höhere Energieausbeute gegenüber der zugeführten Energie erreicht wird (Wirkungsgrad >1,0 bzw. > 100%), ist diese Art von Heizung effizient.
  • Optionales Ziel ist es über die Verlagerung der Zusammensetzung des Amplitudenspektrums der Frequenzanteile des stimulierenden Steuersignals eine Reduktion der Wärmebewegung der Moleküle herbeizuführen und so eine Wärmeabsenkung, also eine Kühlung, durchzuführen.
  • Die Temperaturveränderung kann im Temperiermedium mit dem Erzeugen und dem Anlegen von wenigstens einer definierten Amplitude und Frequenz des an den Elektroden der Zelle des Inverter-Wellengenerators angelegten stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) erfolgen. Dabei umfasst das an den Elektroden der Zelle des Inverter-Wellengenerators angelegte stimulierende elektrische Steuersignal us(t) eine definierte Unipolarität ohne einen Wechsel der Polarität oder eine definierte Bipolarität mit einem Wechsel der Polarität und/oder optional wenigstens teilweise eine definierte Bipolarität mit einem wenigstens teilweisen Wechsel der Polarität.
  • Aus diesem Grund umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung polaritätsneutrale Elektroden, welche optional mit zumindest teilweise wechselnder elektrischer Polarität des stimulierenden Steuersignals angesteuert werden können, statt wie beim Stand der Technik offenbarten definierten Polarität mit einer bezüglich einer „Kathode“ ausschließlich positiv angesteuerten „Anode“.
  • Die Signalquelle
  • Das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) wird durch eine analoge Signalquelle und/oder eine digitale Signalquelle erzeugt.
  • In einem ersten Ausführungsbeispiel der Signalquelle erfolgt die Erzeugung von mehreren frequenzspektralen Anteilen des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) durch die Erzeugung von nicht sinusförmigen periodischen Spannungsverläufen mit beispielsweise periodischem pulsförmigen, rechteckförmigen, sägezahnförmigen, dreieckförmigem Verlauf oder mit sonstigen periodischem Verlauf.
  • Optional erfolgt per Analyse das anschließende Herausfiltern der geeigneten Frequenzanteile mit definierter Amplitude und Frequenz des an den Elektroden der Zelle des Inverter-Wellengenerators angelegten periodischen stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) durch wenigstens einen optionalen Filter. Dabei umfasst das an den Elektroden der Zelle des Inverter-Wellengenerators angelegte stimulierende elektrische Steuersignal us(t) optional eine definierte Unipolarität mit keinem Wechsel der Polarität oder optional eine definierte Bipolarität mit einem Wechsel der Polarität oder optional wenigstens teilweise eine Bipolarität umfassend einen Gleichanteil und wenigstens einen teilweisen Wechsel der Polarität.
  • Die Wiederholfrequenz des periodischen stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) liegt dabei erfindungsgemäß zwischen 0,1 Hz und 10 kHz. Die Pulsweite des periodischen elektrischen Steuersignals liegt im Bereich zwischen 0,2 µs bis 8 s. Das Amplituden-Frequenzspektrum des periodischen stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) weist Spektralanteile im Bereich von 0,1 Hz bis 10 MHz und optional einen Gleichanteil auf. Die minimale Anstiegszeit des periodischen stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) beträgt mehr als 0,01 µs, bevorzugt mehr als 0,1 µs und die minimale Abfallzeit des periodischen stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) beträgt mehr als 0,01 µs, bevorzugt mehr als 0,1 µs.
  • Alternativ oder zusätzlich erfolgt in einem zweiten Ausführungsbeispiel der Signalquelle vorteilhaft per Synthese in einzelnen Signalgeneratoren die Erzeugung wenigstens eines sinusförmigen Einzelsignalanteils mit definierter Frequenz und Amplitude. Mehrere solcher sinusförmigen Einzelsignalanteile mit definierter Frequenz und Amplitude und Phasenlage können vorteilhaft in einer Mischeinrichtung der Vorrichtung gemischt werden, wobei das Ergebnis des Mischvorganges ein stimulierendes elektrisches Steuersignal ist, welches definierte Frequenzen, Amplituden und Phasenlagen der spektralen Anteile zueinander aufweist.
  • Dabei kann das an den Elektroden der Zelle des Inverter-Wellengenerators angelegte stimulierende elektrische Steuersignal us(t) optional eine definierte Unipolarität ohne einen Wechsel der Polarität oder optional eine definierte Bipolarität mit einem Wechsel der Polarität oder optional wenigstens eine teilweise Bipolarität aufweisen, wobei das Steuersignal einen Gleichanteil und wenigstens einen teilweisen Wechsel der Polarität umfasst.
  • Vorzugsweise liegt die Wiederholfrequenz des nach dem Mischvorgang resultierenden periodischen stimulierenden elektrischen Steuersignals dabei erfindungsgemäß zwischen 0,1 Hz und 10 kHz. Die Pulsweite des periodischen stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) liegt bevorzugter Weise im Bereich zwischen 0,2 µs bis 8 s. Das Amplituden-Frequenzspektrum des periodischen stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) weist bevorzugter Weise Spektralanteile im Bereich von 0,1 Hz bis 10 MHz und optional einen Gleichanteil auf. Die minimale Anstiegszeit des periodischen stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) beträgt mehr als 0,01 µs, bevorzugter Weise mehr als 0,1 µs und die minimale Abfallzeit des periodischen stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) beträgt mehr als 0,01 µs, bevorzugter Weise mehr als 0,1 µs. Es sind mit dieser Erzeugung des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) auch andere differenzierte Wiederholfrequenzmuster, resultierende Pulsweiten, Anstiegs- und Abfallzeiten und Spektralanteile möglich.
  • Ein Wechsel der Polarität des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) oder eine wenigstens teilweise wechselnde Polarität des elektrischen Steuersignals us(t) kann vorteilhaft den Wirkungsgrad erhöhen, weil die Dipole des Temperiermediums in ihrer geometrischen Ausrichtung umgedreht werden, statt nur in einer Richtung abwechselnd stärker oder schwächer ausgerichtet zu werden. Durch einen Wechsel der Polarität des elektrischen Steuersignals us(t) oder einen wenigstens teilweisen Wechsel der Polarität des elektrischen Steuersignals us(t) kann ferner optional eine Gasbildung des Temperiermediums an den Elektroden reduziert oder verhindert werden.
  • Vorteilhafter Weise kann das stimulierende Steuersignal in einem Verstärker und optional über einen Transformator mit einem Gleichrichter oder ohne einen Gleichrichter bezüglich elektrischer Spannungsamplitude und bereitstellbarer Signalleistung beziehungsweise der Quellenimpedanz aufbereitet werden, bevor es als stimulierendes elektrisches Steuersignal us(t) an die Elektroden der Zelle des Inverter-Wellengenerators angelegt wird. Optional kann im Verstärker ein Gleichanteil (Offset) addiert werden, um das Signal um einen definierten Gleichwert zu verschieben.
  • Der vorteilhafte Spitze-Spitze-Wert der elektrischen Spannungsamplitude des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) ist abhängig vom jeweiligen Elektrodenabstand, von der Elektrodenfläche und von der jeweiligen Leitfähigkeit des Temperiermediums.
  • Der Spitze-Spitze-Wert der elektrischen Spannungsamplitude kann vorteilhafter Weise im Bereich von
    • 1 V bis 60 V (Sicherheitskleinspannung), oder von
    • 60 V bis 1000 V, vorzugsweise 80 V bis 250 V oder von
    • 1000 V bis 100 kV,
    • liegen.
  • Vorteilhafte Beispiele für eine Kombination von Bereichen des Elektrodenabstands, der Elektrodenfläche, der Leitfähigkeit und des Spitze-Spitze-Werts der elektrischen Spannungsamplitude sind abhängig von einer definierten abgebbaren Leistung der Signalquelle, wobei der Elektrodenabstand direkt proportional den Bereich der Leitfähigkeit beeinflusst und der Spitze-Spitze-Wert der elektrischen Spannungsamplitude und die Elektrodenfläche umgekehrt proportional den Bereich der Leitfähigkeit beeinflussen.
  • Der Fachmann erkennt, dass abhängig vom Einsatzfall des Inverter-Wellengenerators in einer Anlage oder in einem Gebäude unterschiedliche abgebbare Leistung der Signalquelle und/oder unterschiedliche Einstellbereiche des Elektrodenabstands und/oder der Elektrodenfläche zum Einsatz kommen können, wodurch sich unterschiedliche Kombinationen von Bereichen der Leitfähigkeit und des Spitze-Spitze-Werts der elektrischen Spannungsamplitude ergeben können.
  • Weiterhin erkennt der Fachmann, dass je nach Einsatzfall des Inverter-Wellengenerators in einer Anlage oder in einem Gebäude mehrere Zellen und Wellengeneratoren in Reihe oder parallel kaskadiert im Primärkreislauf angeordnet werden können, um so die abgebbare Leistung an den Sekundärkreislauf der Anlage oder des Gebäudes zu erhöhen. Ebenso können optional mehrere Primärkreisläufe von, optional auch örtlich verteilten mehreren Inverter-Wellengeneratoren über mehrere Wärmetauscher auf einen gemeinsamen Sekundärkreislauf wirken, um so die Leistung der Temperierung einer Anlage oder der Temperierung in einem Gebäude zu erhöhen.
  • Der Wirkungsgrad des Inverter-Wellengenerators wird durch das Verhältnis der entnommenen thermischen Wärmeenergie zur dafür erforderlichen zugeführten elektrischen Steuerenergie des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) unter Berücksichtigung aller darin enthaltenen Frequenzanteile und gegebenenfalls des Gleichanteils bestimmt.
  • Der mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzielte Wirkungsgrad beträgt über 100%, d.h. er ist größer als 100 Prozent.
  • Die Regelung
  • Die genaue Abgleichung der Amplitude und des Frequenzbandes des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t), welches durch die Signalquelle erzeugt wird, erfolgt definiert durch manuelle Einstellung und/oder optional mittels einer analogen Regeleinheit und/oder einer digitalen Regeleinheit, und bei einem digitalen Ausführungsbeispiel mit einer zugehörigen Software. Das Ausgangssignal eines Funktions-Signalgenerators innerhalb der Signalquelle bildet vorteilhaft das Eingangssignal des Verstärkers, der das stimulierende elektrische Steuersignal bezüglich elektrischer Spannungsamplitude und bereitstellbarer Signalleistung beziehungsweise der Quellenimpedanz und optional unter Beimischung eines Gleichanteils (Offsets) aufbereitet. Das Ausgangssignal des Verstärkers wird entweder direkt an die Elektroden der Zelle des Inverter-Wellengenerators angelegt oder über den Transformator im Spannungswert gemäß dem Übersetzungsverhältnis der Transformatorwicklungen übersetzt als stimulierende elektrische Steuerspannung us(t) an die Elektroden der Zelle des Inverter-Wellengenerators angelegt.
  • Auf der Sekundärseite des Transformators kann bevorzugter Weise der optionale Gleichrichter und/oder eine optionale Gleichspannungsquelle zum Erzeugen eines definierten Offsets angeordnet werden.
  • Eine Nachführung der Amplituden innerhalb des Frequenzbandes der elektrischen Steuerspannung des stimulierenden Steuersignals us(t) und/oder der Parameter einer Regelstrecke kann eine Voraussetzung für das effektive Funktionieren des Systems sein. Über Mittel zur Istwerterfassung im Primärkreislauf kann die aktuelle Temperatur des Temperiermediums im Primärkreislauf, die in einer definierten Messperiode an die Zelle zugeführte elektrische Energie, die in der definierten Messperiode abgegebene thermische Energie und daraus der aktuelle Wirkungsgrad, sowie die Leitfähigkeit und/oder der pH-Wert ermittelt werden. Dabei werden die optimalen Werte für die Temperatur und/oder die optimalen Werte für den Wirkungsgrad regelungstechnisch digital nachgerechnet und/oder analog nachgeregelt und den aktuellen Gegebenheiten angepasst. Dadurch wird ein stetiger Regelprozess im Temperiermediumkreis ausgebildet. Die Software ist optional und vorteilhaft so programmiert, dass der Regler in einer Selbstadaption sich selbstlernend optimiert. Das Verfahren wird im Verbund mit der Frequenzerzeugung, der Amplitudensteuerung und/oder der Phasensteuerung und/oder der Filterung und/oder dem Elektrodenabstand und/oder der Elektrodenfläche und/oder dem Durchsatz und/oder dem pH-Wert und/oder der Leitfähigkeit und/oder dem statischen Druck des Temperiermediums und/oder dem dynamischen Druck des Temperiermediums und/oder der Steuerung von Düsen einer Düsenplatte ausgeführt. So können entsprechend der aktuellen Temperatur des Temperiermediums und/oder des aktuellen Wirkungsgrades die Parametereinstellungen der Regelstrecke angepasst werden und das Ergebnis kann als elektrische Steuerspannung des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) und/oder als Vorgabe für den Elektrodenabstand und/oder als Vorgabe für die Elektrodenfläche und/oder als Vorgabe für den Durchsatz und/oder als Vorgabe für den pH-Wert und/oder als Vorgabe für die Leitfähigkeit und/oder als Vorgabe für den statischen Druck des Temperiermediums und/oder als Vorgabe für den dynamischen Druck des Temperiermediums und/oder als Vorgabe der Fläche der Düsen der Düsenplatte und/oder als Vorgabe des Austrittswinkels der Düsen der Düsenplatte der Zelle und dem Primärkreislauf zugeführt werden.
  • Die prozessorgesteuerte digitale Signalquelle und/oder die steuerbare analoge Signalquelle erzeugt das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) gesteuert, vorzugsweise mittels einer digitalen Regelung per Software in der digitalen Regeleinheit und/oder analog mittels eines Regelverfahrens in der analogen Regeleinheit optional auf der Basis einer selbstadaptiven Software.
  • Vorteilhafter Weise kann in einem Ausführungsbeispiel die Erzeugung des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) durch die digitale Signalquelle anhand eines digitalen Signalprozessors erfolgen, auf dem auch die digitale Regelung, gesteuert durch ein Computerprogramm, abläuft, welches in einer Speichereinheit im Inverter-Wellengenerator abgespeichert sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel die Erzeugung und Regelung auch durch analoge Mittel erfolgen.
  • Im Betrieb kann die Regeleinheit mit einem Temperatursensor die aktuelle Temperatur des Temperiermediums überwachen und es kann die aufgenommene elektrische Energie und die abgegebene thermische Energie ermittelt werden. Aus dem Quotienten kann der aktuelle Wirkungsgrad ermittelt werden. Dabei kann ein definierter Wirkungsgrad, auch als COP (Coefficient of Performance) bezeichnet, und/oder eine definierte Temperatur als Sollwert angestrebt werden.
  • Der Wirkungsgrad Eta der Vorrichtung kann dabei durch das Verhältnis der dem Primärkreislauf entnommenen Wärmeenergie Eab zur dafür erforderlichen der Zelle zugeführten elektrischen Steuerenergie Ezu des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) unter Berücksichtigung aller Frequenzanteile bestimmt werden: Eta = Eab / Ezu
    Figure DE102018121466A1_0001
  • Die abgegebene Energie kann über die an einer definierten Masse mM [Gramm] des Temperiermediums erzielte Temperaturveränderung DeltaTeta [Kelvin] und im Fall von Wasser aus der spezifischen Wärmekapazität nach dem folgenden Zusammenhang Eab = mM * DeltaTeta * 4,19 [ Ws ]
    Figure DE102018121466A1_0002
    bestimmt werden.
  • Die spezifische Wärmekapazität kann dabei nach Druck und Temperatur variieren. Bei Verwendung eines anderen dipolaren Fluids als Temperiermedium ist dessen spezifische Wärmekapazität heranzuziehen.
  • Die zugeführte elektrische Energie kann mit einer Leistungsmessvorrichtung mit einer Bandbreite von 0 Hz (DC) bis zu 10 MHz (AC) zur Einbeziehung sämtlicher Oberwellenanteile aus der gemessenen zugeführten Steuerwirkleistung Pzu [W] und der definierten Messdauer t [Sekunden], in der die abgegebene Wärmeenergie Eab unter Zufuhr von elektrischer Energie Ezu erzeugt wurde, bestimmt werden. Die Erfassung der zugeführten elektrischen Energie Ezu kann demnach unter Einbeziehung des Gleichanteils, der Grundwelle und sämtlicher Oberwellenanteile der zu messenden zugeführten Steuerwirkleistung Pzu [W] annähernd nach dem Zusammenhang Ezu = Pzu * t [ Ws ]
    Figure DE102018121466A1_0003
    erfolgen.
  • Bei sich innerhalb einer Messdauer t verändernden Werten der zugeführten elektrischen Leistung Pzuist, die beispielsweise einem zeitlich veränderlichen Kurvenverlauf pzuist(t) folgen, kann vorteilhafter Weise statt einer einfachen Flächenbildung für Ezuist durch eine Multiplikation Pzuist * t [Ws] eine genauere Integration eines Kurvenverlaufs pzuist(t) * dt [Ws] über den Zeitraum der Messdauer t durchgeführt werden, um die zugeführte elektrische Energie Ezuist zu ermitteln.
  • Im Betrieb kann die Regeleinheit mit einem Temperatursensor die aktuelle Temperatur des Temperiermediums im Primärkreislauf überwachen und/oder mit einer Sonde zur Wärmezählung, die an das Temperiermedium abgegebene Energie ermitteln. Dabei kann eine vorgegebene Temperatur und/oder ein vorgegebener Wirkungsgrad angestrebt werden. Die so kontinuierlich ermittelte Temperatur Tetaist und/oder der kontinuierlich ermittelte Wirkungsgrad Etaist können die Istwerte für den Regler repräsentieren.
  • Die angestrebte definierte Temperatur Tetasoll der Heizung/Kühlung im Primärkreislauf des Temperiermediums und/oder optional ein bestimmtes zeitliches Profil für eine Veränderung des Wertes für die Temperatur Tetasoll und/oder der angestrebte definierte Wirkungsgrad Etasoll und/oder optional ein bestimmtes zeitliches Profil für eine Veränderung des Wertes für den Wirkungsgrad Etasoll können die Sollwertvorgaben für den Regler liefern. Beide Größen werden vorteilhaft beispielsweise von einer dezentralen Regelung für Mehrgrößensysteme verarbeitet. Alternativ sind andere Regelungskonzepte möglich.
  • Die Differenz zwischen Sollwert und Istwert liefert die Regelabweichung d1 beziehungsweise d2 . Diese kann jeweils das Kriterium für die Steuerung der Regelstrecke durch eine Reglerkomponente r1 und/oder Reglerkomponente r2 bilden. Die Regelstrecke kann die Parametereinstellungen aufgrund der steuernden Vorgaben über ein Parameter-Steuersignal p1 der Reglerkomponente r1 und/oder über ein Parameter-Steuersignal p2 der Reglerkomponente r2 verändern.
  • Die Regeleinheit mit oder ohne selbstadaptive Funktion der Regeleinheit kann neben den Eigenschaften des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) über die Leitfähigkeit und/oder über den pH-Wert die Beschaffenheit und/oder den Durchsatz und/oder den statischen Druck und/oder den dynamischen Druck des Temperiermediums im Primärkreislauf und/oder den Elektrodenabstand und/oder der Elektrodenfläche und/oder einer Düseneinstellung der Düsen der Düsenplatte steuern und kontinuierlich Korrekturen vornehmen.
  • Die Zelle des Inverter-Wellengenerators kann im Falle einer selbstadaptiven Funktion des Reglers sukzessive und selbstlernend mit dem optimalen Frequenzspektrum und dem optimalen Amplitudenmix angesteuert werden und/oder kann aufgrund der selbstadaptiven Funktion des Reglers mit einem Elektroden- Aktuator für die Verstellung des Elektrodenabstands und/oder der Elektrodenfläche und/oder mit einem Düsenplattenaktuator für die Verstellung der Düsenfläche und/oder des Düsenaustrittswinkels bezüglich der Düsenplatte Korrekturen vornehmen.
  • Regelung bei Signalerzeugung durch Analyse
  • In einem Ausführungsbeispiel des Inverter-Wellengenerators erfolgt in der Signalquelle die Erzeugung eines Signales mit definiertem Oberwellenspektrum, beispielsweise eines pulsförmigen Signals mit definierter Unipolarität und mit definierter Frequenz, Pulsbreite, Flankensteilheit und Amplitude und/oder eines wenigstens teilweise bipolaren pulsförmigen Signals mit definierter Frequenz, Pulsbreite, Flankensteilheit und Amplitude und optional eine Analyse durch Filterung zur Entnahme und Weiterleitung definierter Frequenz- und Amplitudenanteile mit definierter Phasenlage zueinander. Die Grundfrequenz und die Oberwellen des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) an den Elektroden der Zelle können dabei in einem Frequenzbereich von 0 Hz bis zu 10 MHz liegen. Dieser Frequenzbereich liefert überraschend eine Beeinflussbarkeit von Wasser-Dipolen oder Wasser-Clustern mit hoher Effizienz von über 100% durch das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) zur Temperierung von Wassermolekülen, denn eine wärmetechnisch signifikante Beeinflussung von Wasserdipolen ist bisher nur aus dem Bereich der Mikrowellen von größer 2 GHz und dabei mit einem Wirkungsgrad von etwa 60% bekannt. Die Erzeugung und optional die Filterung in dem wenigstens einen optionalen Filter kann analog und/oder digital erfolgen.
  • Im Fall der vorteilhaften digitalen Erzeugung und Filterung liegen die einzelnen Signalwerte als zeitdiskrete digitale zeitabhängige Größen vor, welche ein Prozessor berechnet, der durch ein in der Vorrichtung gespeichertes Computerprogramm gesteuert wird. Die einzelnen digitalen Signalgrößen können jeweils punktuell ein Signal mit definiertem zeitlichen Kurvenverlauf der Signalamplitude und deren Ableitungen repräsentieren. Das Signal kann damit einer definierten Funktion und deren Ableitungen in Abhängigkeit von der Zeit folgen, beispielsweise Rechteck, Puls, Dreieck, Sägezahn oder anderweitigem periodischen Verlauf.
  • Mithilfe von digitaler Filterberechnung erfolgt vorteilhaft im Prozessor der Vorrichtung je nach Vorgabe des Filtertyps und der Ordnung des Filters die Berechnung der Filterkoeffizienten und die Berechnung der daraus resultierenden Signalform nach dem Filterprozess. Diese Signalform enthält das von der Reglerkomponente r1 und/oder Reglerkomponente r2 definierte Frequenzspektrum bezüglich der jeweiligen Frequenz, Amplitude und Phasenlage.
  • Optional kann, gesteuert von der Reglerkomponente r1 und/oder Reglerkomponente r2 , dauerhaft oder temporär für eine definierte Dauer zusätzlich ein Gleichanteil zugemischt werden, um das Signal teilweise in den positiven oder negativen Bereich zu verschieben, beispielsweise um eventuell unerwünschte Gleichanteile zu kompensieren oder um dem stimulierenden Steuersignal zusätzlich einen Gleichanteil zuzumischen. Das Ergebnis wird in einem Digital zu Analog (D/A)-Wandler vom digitalen Wert in ein analoges Signal gewandelt und als steuerndes Signal den Elektroden der Zelle des Inverter-Wellengenerators oder optional dem Eingang des analogen Verstärkers zugeführt, der das Signal in elektrischer Amplitude und Leistung aufbereitet und so entweder direkt oder über den Transformator übersetzt als stimulierendes elektrisches Steuersignal us(t) an die Elektroden der Zelle des Inverter-Wellengenerators weiterleitet.
  • Bei analoger Ausführung kann die Erzeugung des Signals beispielsweise durch den analog oder digital steuerbaren Funktions-Signalgenerator erfolgen. Die analogen oder digitalen optionalen Filter mit oder ohne Mittel zum Einstellen der Filtercharakteristik können nachgeschaltet werden. Vorteilhafter Weise wird das analoge Signal dem Eingang des hinsichtlich der Verstärkung steuerbaren analogen Verstärkers zugeführt, der das Signal in elektrischer Amplitude und Leistung aufbereitet und so entweder direkt oder über den Transformator übersetzt als stimulierendes elektrisches Steuersignal us(t) an die Elektroden der Zelle des Inverter-Wellengenerators weiterleitet.
  • Bei Einsatz eines Transformators kann auf der Sekundärseite des Transformators der optionale Gleichrichter angeordnet werden und/oder es kann optional am Eingang der Zelle des Inverter-Wellengenerators das Zumischen eines Gleichanteils erfolgen.
  • Alternative Ausführungsbeispiele umfassen in der analogen oder digitalen Ausführung beispielsweise bereits bei der Signalerzeugung oder danach durch Zumischung eines Gleichanteils beziehungsweise eines Offsets am Verstärker für die an den Elektroden der Zelle des Inverter-Wellengenerators angelegte elektrische Steuerspannung des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) dauerhaft oder definiert zeitweise unipolaren Verlauf oder dauerhaft oder definiert zeitweise bipolaren Verlauf oder dauerhaft oder definiert zeitweise teilweise bipolaren Verlauf.
  • Die Parametereinstellung der Regelstrecke über die Parameter-Steuersignale p1 und/oder Parameter-Steuersignale p2 kann bei dem Ausführungsbeispiel der Signalerzeugung in der Signalquelle durch Analyse
    • - durch Veränderung der Kurvenfunktion des vom Funktions-Signalgenerator erzeugten Signales und/oder dessen Wiederholfrequenz und/oder dessen Pulsbreite und/oder dessen Anstiegszeit und/oder dessen Abfallzeit und/oder dessen Amplitude,
    • - optional mit einem steuerbaren Gleichanteil mit einer definierten Unipolarität ohne Wechsel der Polarität oder einer definierten Bipolarität mit Wechsel der Polarität oder einer definierten wenigstens teilweisen Bipolarität mit wenigstens teilweisem Wechsel der Polarität des an die Elektroden der Zelle angelegten periodischen stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t),
    • - optional anhand der Parameter des wenigstens einen optionalen Filters für eine jeweils untere Grenzfrequenz und/oder eine jeweils obere Grenzfrequenz und/oder eine jeweilige Güte des optionalen wenigstens einen Filters, wobei optional der Filter mehrere parallel und/oder seriell kaskadierte Filter und Filter höherer Ordnung umfassen kann und wobei der wenigstens eine optionale Filter im Signalweg zwischen dem Ausgang des als elektrische Signalquelle dienenden Funktions-Signalgenerators und den Elektroden der Zelle oder innerhalb der Signalquelle vor einer Leistungsendstufe angeordnet ist,
    • - optional bei Verwendung des Verstärkers anhand der Verstärkereinstellung für die Amplitude und optional durch Steuerung eines Gleichanteils (Offset) des an die Elektroden der Zelle angelegten periodischen stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t),
    • - optional durch Veränderung der Leitfähigkeit anhand einer Veränderung der Ionenkonzentration im Temperiermedium durch Zugabe von saurem, basischem oder neutralem Fluid über die Leitfähigkeits-Dosierpumpe und Austauschvorrichtung,
    • - optional durch Veränderung des pH-Werts, wobei der definierte pH-Wert über eine Dosierpumpe nachgestellt wird,
    • - optional durch Veränderung des Elektrodenabstands und/oder der Elektrodenfläche beispielsweise über eine manuell bedienbare mechanische Verstelleinrichtung und/oder über wenigstens einen elektrischen, hydraulischen, pneumatischen, magnetischen oder piezoelektrischen Elektroden-Aktuator,
    • - optional durch Veränderung des Durchsatzes des Temperiermediums im Primärkreislauf und damit in der Zelle beispielsweise durch Veränderung der Pumpendrehzahl im Primärkreislauf oder durch Veränderung des Querschnitts im Primärkreislauf,
    • - optional durch Veränderung des statischen Drucks des Temperiermediums im Primärkreislauf und damit in der Zelle beispielsweise durch Veränderung der Pumpendrehzahl im Primärkreislauf oder durch Veränderung des Querschnitts im Primärkreislauf oder durch Zusatz oder Absaugung von Temperiermedium durch Dosierpumpen,
    • - optional durch intermittierende zeitliche Steuerung von Steuerungsparametern der Frequenzerzeugung, der Amplituden- und/oder der Phasensteuerung und/oder des wenigstens einen optionalen Filters und/oder des Elektrodenabstands und/oder der Elektrodenfläche und/oder des Durchsatzes und/oder des pH-Werts und/oder der Leitfähigkeit und/oder des statischen Drucks und/oder des dynamischen Drucks des Temperiermediums und/oder einer Düsenfläche und/oder eines Düsenaustrittswinkels der Düsen der Düsenplatte
    erfolgen.
  • Regelung bei Signalerzeugung durch Synthese
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel des Inverter-Wellengenerators kann in der Signalquelle eine Synthese von Signalen erfolgen, wobei wenigstens ein Sinus-Signalgenerator ein sinusförmiges Signal mit definierter Frequenz und Amplitude erzeugen kann. Mehrere erzeugte sinusförmige Signale mit jeweils definierter Frequenz und Amplitude können zusätzlich in der jeweiligen Phasenlage der Signale einander zugeordnet werden und es kann eine Mischung der Signale zu einem Signal in einer Mischstufe erfolgen. Optional kann zusätzlich ein Gleichanteil zugemischt werden, um beispielsweise ein zunächst rein bipolares Signal teilweise in den positiven oder negativen Bereich zu verschieben, beispielsweise um eventuell unerwünschte Gleichanteile zu kompensieren oder um dem stimulierenden Steuersignal zusätzlich Gleichanteile zuzumischen. Die Erzeugung, Signalaufbereitung und Mischung erfolgt digital und/oder analog.
  • Alternative Ausführungsbeispiele können in der analogen oder digitalen Ausführung beispielsweise bereits bei der Signalerzeugung oder danach durch Zumischung eines Gleichanteils beziehungsweise eines Offsets am Verstärker für die an den Elektroden der Zelle des Inverter-Wellengenerators angelegte elektrische Steuerspannung des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) dauerhaft oder definiert zeitweise unipolaren Verlauf oder dauerhaft oder definiert zeitweise bipolaren Verlauf oder dauerhaft oder definiert zeitweise teilweise bipolaren Verlauf umfassen.
  • Im Fall der vorteilhaften digitalen Erzeugung und Verarbeitung können die einzelnen zeitdiskreten Signalwerte als digitale zeitabhängige Größen vorliegen, welche ein Prozessor berechnen kann, der durch ein im Inverter-Wellengenerator gespeichertes Computerprogramm gesteuert werden kann. Die einzelnen digitalen Signalgrößen können jeweils ein sinusförmiges Signal mit definierter Frequenz und Amplitude repräsentieren. Mehrere erzeugte sinusförmige Signale mit definierter Frequenz und Amplitude können zusätzlich gegenseitig in der jeweiligen Phasenlage der Signale zueinander zugeordnet werden. Eine Mischung der Signale zu einem gemeinsamen Signal kann dabei in einer rechnerischen Mischoperation erfolgen. Optional kann zusätzlich ein Gleichanteil zugemischt werden, um das Signal teilweise in den positiven oder negativen Bereich zu verschieben, beispielsweise um eventuell unerwünschte Gleichanteile zu kompensieren oder um dem stimulierenden Steuersignal zusätzlich Gleichanteile zuzumischen.
  • Das Ergebnis kann in dem D/A-Wandler vom digitalen Wert in ein analoges Signal gewandelt und als steuerndes Signal den Elektroden der Zelle des Inverter-Wellengenerators oder optional dem Eingang des analogen Verstärkers zugeführt werden, der das Signal in Amplitude und Leistung aufbereitet und so entweder direkt oder über den Transformator übersetzt als stimulierendes elektrisches Steuersignal us(t) an die Elektroden der Zelle des Inverter-Wellengenerators weiterleitet. Bei Einsatz des Transformators kann auf der Sekundärseite des Transformators der optionale Gleichrichter angeordnet werden und/oder es kann optional am Eingang der Zelle des Inverter-Wellengenerators das Zumischen eines Gleichanteils erfolgen.
  • Bei analoger Ausführung des Ausführungsbeispiels der Signalerzeugung in der Signalquelle durch Synthese kann die Erzeugung des Signals beispielsweise durch wenigstens einen, bezüglich Frequenz und/oder Amplitude und/oder Phasenlage steuerbaren analogen Funktions-Sinus-Signalgenerator und durch eine steuerbare analoge Mischstufe erfolgen.
  • Optional kann zusätzlich ein steuerbarer Gleichanteil zugemischt werden, um ein zunächst rein bipolares Signal teilweise in den positiven oder negativen Bereich zu verschieben, beispielsweise um eventuell unerwünschte Gleichanteile zu kompensieren oder um dem stimulierenden Steuersignal zusätzlich einen Gleichanteil zuzumischen. Vorteilhaft wird das analoge steuernde Signal dem Eingang des, bezüglich Verstärkungsfaktor steuerbaren analogen Verstärkers zugeführt, der das Signal in Amplitude und Leistung aufbereitet und so entweder direkt oder über den Transformator übersetzt als stimulierendes Steuersignal an die Elektroden der Zelle des Inverter-Wellengenerators weiterleitet. Bei Einsatz des Transformators kann auf der Sekundärseite des Transformators der optionale Gleichrichter angeordnet werden und/oder es kann optional am Eingang der Zelle des Inverter-Wellengenerators das Zumischen eines Gleichanteils erfolgen.
  • Die Frequenz des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) an den Elektroden der Zelle kann von 0 Hz bis zu 10MHz liegen. Dieser Frequenzbereich liefert den überraschenden Effekt einer Beeinflussbarkeit mit hoher Effizienz von über 100% durch das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) zur Temperierung von Wassermolekülen, denn eine wärmetechnische Beeinflussung der Wasserdipole ist bisher nur aus dem Bereich der Mikrowellen von größer 2 GHz mit einem Wirkungsgrad um 60% bekannt.
  • Alternative Ausführungsbeispiele können in der analogen oder digitalen Ausführung beispielsweise bereits bei der Signalerzeugung oder danach durch Zumischung eines steuerbaren Gleichanteils beziehungsweise eines Offsets am Verstärker für die an den Elektroden der Zelle des Inverter-Wellengenerators angelegte elektrische Steuerspannung des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) dauerhaft oder definiert zeitweise unipolaren Verlauf oder dauerhaft oder definiert zeitweise bipolaren Verlauf oder dauerhaft oder definiert zeitweise teilweise bipolaren Verlauf umfassen.
  • Die Parametereinstellung der Regelstrecke über die Parameter-Steuersignale p1 und/oder Parameter-Steuersignale p2 kann bei dem Ausführungsbeispiel der Signalerzeugung in der Signalquelle durch Synthese
    • - mittels der Erzeugung wenigstens eines sinusförmigen Signals durch wenigstens einen einzelnen Sinus-Signalgenerator mit von der Reglerkomponente r1 und/oder Reglerkomponente r2 vorgegebener definierter Frequenz und Amplitude,
    • - bei mehreren solcher sinusförmigen Einzelsignalanteile durch die von der Reglerkomponente r1 und/oder Reglerkomponente r2 an die einzelnen Sinus-Signalgeneratoren vorgegebenen definierten einzelnen Frequenzen und durch vorgegebene einzelne definierte Amplituden und durch vorgegebene einzelne definierte Phasenlagen der einzelnen Signale zueinander,
    • - bei mehreren von einzelnen Sinus-Signalgeneratoren erzeugten Signalen durch Mischen der einzelnen Signale in einem optional steuerbaren Mischer,
    • - durch die an den Elektroden der Zelle des Inverter-Wellengenerators angelegte elektrische Steuerspannung des stimulierenden Steuersignals mit einer definierten Unipolarität ohne einem Wechsel der Polarität oder einer definierten wenigstens teilweisen Bipolarität mit einem wenigstens teilweisen Wechsel der Polarität,
    • - optional bei Verwendung des Verstärkers anhand der Verstärkereinstellung für die Amplitude des an die Elektroden der Zelle angelegten Signals,
    • - optional durch Veränderung der Leitfähigkeit anhand einer Veränderung der Ionenkonzentration im Temperiermedium durch Zugabe von saurem, basischem, oder neutralem Fluid über die Leitfähigkeits-Dosierpumpe und Austauschvorrichtung,
    • - optional durch Veränderung des pH-Werts, wobei der optimale pH-Wert über eine Dosierpumpe nachgestellt wird,
    • - optional durch Veränderung des Elektrodenabstands und/oder der Elektrodenfläche beispielsweise über eine manuell bedienbare mechanische Verstelleinrichtung und/oder wenigstens einen elektrischen, hydraulischen, pneumatischen, magnetischen oder piezoelektrischen Elektroden-Aktuator,
    • - optional durch Veränderung des Durchsatzes des Temperiermediums im Primärkreislauf und damit in der Zelle beispielsweise durch Veränderung der Pumpendrehzahl im Primärkreislauf oder durch Veränderung des Querschnitts im Primärkreislauf,
    • - optional durch Veränderung des statischen Drucks des Temperiermediums im Primärkreislauf und damit in der Zelle beispielsweise durch Veränderung der Pumpendrehzahl im Primärkreislauf oder durch Veränderung des Querschnitts im Primärkreislauf oder durch Zusatz oder Absaugung von Temperiermedium durch eine Dosierpumpe,
    • - optional durch intermittierende zeitliche Steuerung von Steuerungsparametern der Frequenzerzeugung, der Amplitudensteuerung und/oder der Phasensteuerung und/oder des Elektrodenabstands und/oder der Elektrodenfläche und/oder des Durchsatzes und/oder des pH-Werts und/oder der Leitfähigkeit und/oder des statischen Druckes und/oder des dynamischen Druckes des Temperiermediums und/oder der Düsenfläche und/oder des Düsenaustrittswinkels der Düsen der Düsenplatte
    erfolgen.
  • Der Regler ist vorteilhafter Weise in den vorgenannten wenigstens teilweisen digitalen Ausführungsbeispielen durch einen Prozessor, insbesondere einen Signalprozessor mit einem in der Vorrichtung gespeicherten Programm zur Steuerung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte unter Einbeziehung der erfassten Istwerte und der vorgegebenen Sollwerte realisiert.
  • Die Regelzyklen verlaufen zwar im Bereich von etlichen Sekunden bis Minuten relativ langsam, da die Erfassung des Istwerts für den teilweise wärmetechnisch ermittelten Wirkungsgrad relativ träge verläuft, jedoch ist eine Taktfrequenz von über 100 MHz des Prozessors hinsichtlich der Grenzfrequenz der zu verarbeitenden Oberwellen des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) an den Elektroden der Zelle von bis zu 10 MHz vorteilhaft, um Aliasingeffekte zu vermeiden. Die langsamen Regelzyklen stellen im Zusammenhang mit einer Heizungs-/Kühlungsanlage kein Problem dar.
  • Die Einstellung der Parameterkombinationen erfolgt programmgesteuert in den definierten Verfahrensschritten durch sukzessive Variation der Parametereinstellungen.
  • Vorteilhaft kann die Variation der Parametereinstellungen aufgrund von randomisierten Verfahren wie beispielsweise einem so genannten Monte-Carlo-Algorithmus oder einem so genannten Las-Vegas-Algorithmus oder dergleichen erfolgen.
  • Erfolgreich und ggf. je nach Verfahren auch nicht erfolgreich durchgeführte Parametereinstellungen und deren Ausgangssituation können vorteilhaft in einer Speichereinrichtung der Vorrichtung gespeichert werden und je nach Ausgangssituation später wieder mit höherer Priorität ausgewählt und bei Erfolg wieder gespeichert werden. Auf diese Weise „lernt“ der Regler aus seinen vorhergegangenen erfolgreich und ggf. auch nicht erfolgreich durchgeführten Parametereinstellungen und kann so in Abhängigkeit von den Abmessungen der Vorrichtung und in Abhängigkeit von ihren Betriebsbedingungen sich selbst und die Steuerung für erfolgreiche Parametereinstellungen zur Erzeugung des stimulierenden Steuersignals und/oder zur Einstellung des Elektrodenabstands und/oder der Elektrodenfläche und/oder des Durchsatzes und/oder des pH-Werts und/oder der Leitfähigkeit und/oder des statischen Druckes und/oder des dynamischen Druckes des Temperiermediums und/oder der Düsenfläche und/oder des Düsenaustrittswinkels der Düsen der Düsenplatte sukzessive optimieren.
  • Für die Umsetzung können neben konventionellen Reglern vorteilhaft auch sogenannte „Fuzzy-Regler“ eingesetzt werden, die im Gegensatz zu eng tolerierten Werten die Verwendung von weit tolerierten „unscharfen“ Wertebereichen ermöglichen. „Fuzzy-Regler“ eignen sich vorliegend vorteilhaft zur Umsetzung des technischen Prozesses mit optional mehreren Ein- und Ausgangsgrößen bei wechselnden sich gegenseitig beeinflussenden Parametern und nichtlinearen Teilsystemen.
  • Über die selbstlernende Funktion kann sich die Regeleinheit selbständig optimieren. Weicht im Betrieb der Wirkungsgrad Etaist und/oder die Temperatur Tetaist von den Sollwerten Etasoll oder Tetasoll ab, können die Parametereinstellungen sukzessive so lange variiert und nachgestellt werden, bis die Abweichung sukzessive gegen Null strebt oder beseitigt ist. Dies ist ein stetiges Verfahren, welches während des ganzen Betriebs stattfindet.
  • Bevorzugter Weise sind optional für eine definierte Ausführung des Inverter-Wellengenerators bereits erfolgreich ermittelte Parametersätze als Startwerte für die Inbetriebnahme der Regeleinheit in der elektronischen Steuerungseinheit des Inverter-Wellengenerators oder in einem entfernten Computer abgespeichert und können von dort von der Regeleinheit oder bei manueller Bedienung von einem Bediener abgerufen werden.
  • Die Elektrodensteuerung
  • Zur Steuerung des Wirkungsgrades und/oder zur Steuerung der Temperatur kann optional der Abstand zwischen den Elektroden und/oder die Elektrodenfläche, manuell oder über Elektroden-Aktuatoren, wie beispielsweise durch einen elektrischen, magnetischen oder hydraulischen Antrieb, verstellt werden. Die Ansteuerung der Elektroden-Aktuatoren kann durch Parametereinstellung über die Parameter-Steuersignale p1 und/oder Parameter-Steuersignale p2, gesteuert durch die Reglerkomponente r1 und/oder Reglerkomponente r2 erfolgen.
  • Die Temperierung des Temperiermediums kann mit dem Erzeugen einer Frequenz oder verschiedener Frequenzen an den Elektroden der Zelle erfolgen. Die Signalquelle kann das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) erzeugen, umfassend eine Amplitude mit einer Frequenz oder das stimulierende elektrische Steuersignal us(t), umfassend Amplitudenanteile bei mehreren Frequenzen, die überlagert sein können. Das heißt, es wird nicht nur mit einer Arbeitsfrequenz gearbeitet, sondern es überlagern sich in der Regel die Amplitudenanteile mehrerer diskreter Frequenzen oder das Amplitudenspektrum eines teilweise kontinuierlich verlaufenden Frequenzbereichs. Diese elektrischen Frequenzanteile können im Inverter-Wellengenerator auf die Elektroden geleitet werden und können dort ein elektrisches Feld erzeugen. Dabei kann das Temperiermedium in eine Eigenschwingung geraten und kann durch eine zunehmende Reibung der Wassermoleküle eine Temperaturzunahme oder durch abnehmende Reibung eine Temperaturabnahme erzeugen. Die Temperaturdifferenz entspricht bezogen auf die Masse und die Wärmekapazität des Temperiermediums der dabei umgesetzten thermischen Energie.
  • Die genaue Abgleichung der Amplituden der Frequenzanteile des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) in Synergie mit der Leitfähigkeit des Temperiermediums in Abhängigkeit von einem definierten Elektrodenabstand und/oder der Elektrodenfläche und optional mit der Steuerung des Elektrodenabstands und/oder der Elektrodenfläche, manuell oder mittels der Regeleinheit mit zugehöriger Software, ist Voraussetzung für die Effizienz des Inverter-Wellengenerators mit einem Wirkungsgrad über 100%.
  • Über die Sonden im Temperiermediumkreis kann die Leitfähigkeit und/oder der pH-Wert gemessen werden. Dabei kann der optimale Wert konstant nachgerechnet und den aktuellen Gegebenheiten angepasst werden. Damit kann ein stetiger Regelprozess im Temperiermediumkreis erfolgen. Die Software kann so programmiert werden, dass die elektronische Steuerungseinheit, in einer Selbstadaption, sich selbstlernend optimieren kann. Die Regelung kann im Verbund mit den anderen Parametern durchgeführt werden. Entsprechend der aktuellen Temperiermediumtemperatur und/oder des aktuellen Wirkungsgrades kann der Leitwert und der pH-Wert im Temperiermedium angepasst werden und in Synergie dazu können die Arbeitsfrequenzen und die Amplituden des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) sowie optional der Elektrodenabstand und/oder die Elektrodenfläche und/oder der statische Druck im Temperiermedium und/oder der dynamische Druck im Temperiermedium und/oder die Düsenfläche und/oder der Düsenaustrittswinkel der Düsen der Düsenplatte nachgestellt werden.
  • Verwirbelung
  • Im Inverter-Wellengenerator kann das Temperiermedium in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in einem ersten Schritt beim Austritt aus der Zelle in der Düsenplatte an der Austrittsöffnung verwirbelt werden. Anschließend kann nach dem nächsten Eintritt des Temperiermediums in die Zelle über das an den Elektroden angelegte stimulierende elektrische Steuersignal us(t) mit Resonanz-Frequenz oder über ein vom stimulierenden elektrischen Steuersignal us(t) erzeugtes Resonanz-Frequenzspektrum der elektrischen Ansteuerspannung das Temperiermedium in Schwingung versetzt werden. E Mittels einer Resonanzfrequenz oder mehrerer Resonanzfrequenzen können Schwingungen im Temperiermedium generiert werden. Dabei kann das Temperiermedium in eine Schwingung geraten und durch Erhöhung der Reibungsbewegung der Wassermoleküle Wärme, beziehungsweise durch Reduktion der Reibungsbewegung der Wassermoleküle Wärmeentzug bzw. Kühlung erzeugen. Befinden sich die Moleküle des Temperiermediums und des Inverters in Schwingung, so kann entsprechend durch die Resonanzüberhöhungen im Inverter-Wellengenerator eine Beschleunigung oder eine Entschleunigung der Moleküle im Temperiermedium entstehen. Die dabei entstehende beziehungsweise reduzierte Reibungsenergie kann in Wärme beziehungsweise Kühlung umgewandelt werden. Nachdem das Temperiermedium die Elektroden passiert hat, kann das Temperiermedium optional wiederum über die Düsenplatte verwirbelt werden und dessen Eigenschwingungen können dabei neutralisiert werden.
  • Optional kann vorteilhafter Weise an der Eintrittsöffnung der Zelle eine weitere Düsenplatte zur Verwirbelung vorgesehen sein oder es kann nur an der Eintrittsöffnung der Zelle eine Düsenplatte vorgesehen sein.
  • Optional kann weiterhin an der Zulauföffnung und/oder an der Ablauföffnung der Zelle wenigstens ein Strömungselement in der Zelle oder im Rohranschlussstück der Zelle vorgesehen sein, um eine definierte Strömung des Temperiermediums zu unterstützen. Weitere Strömungselemente können vorteilhaft innerhalb des Primärkreislaufs angeordnet werden.
  • Clusterauflösung im Inverter Wellengenerator
  • Die Molekül-Cluster des dipolaren Temperiermediums Wasser schwingen jeweils mit einer charakteristischen Frequenz. Sie sind jedoch in der Lage, sich intern umzustrukturieren und auf diese Weise mit Wellen elektrischer Felder in Resonanz zu treten. So wird die äußere Schwingung vom Wasser aufgenommen. Will man diese fremden Frequenzen im Wasser löschen, muss man die Clusterstrukturen wieder auflösen.
  • Das Wasser kann durch entsprechende Umstrukturierung seiner Cluster die Schwingungen der elektrischen Felder übernehmen. Je nach der äußeren Schwingung gruppieren sich die Wassermoleküle so um, dass die Eigenfrequenz der Cluster mit der äußeren Schwingung in Resonanz steht. Man könnte auch sagen, das Wasser verinnerlicht die äußeren Schwingungen.
  • Die Verwirbelungstechnik stellt die bislang effektivste Methode dar, die gespeicherten Informationen zu verändern. Durch Veränderung der Schwingung der Eigenfrequenz der Cluster kann je nach angelegter äußerer Schwingung des stimulierenden Steuersignals an den Elektroden der Zelle die Anhebung oder die Absenkung der Temperatur des Temperiermediums erfolgen und zwar indem weniger elektrische Energie zugeführt werden muss als in Form von thermischer Energie abgegriffen werden kann.
  • Eine Verwirbelung kann optional beispielsweise über die Düsenplatte an einer Zulauföffnung und/oder an einer Ablauföffnung der Zelle und/oder über eine gewendelte und/oder trichterförmige und/oder schraubenförmige Führung der Rohre und/oder in einer Verwirbelungskammer des Primärkreislaufs erfolgen. Die Anordnung von Düsenbohrungen der Düsenplatte und eine in Flussrichtung schraubenförmige Ausrichtung der Düsenbohrungen der Düsenplatte sind vorteilhaft so ausgelegt, dass beim Durchleiten des Temperiermediums durch den Primärkreislauf eine Drallbildung in einer Flussrichtung des Temperiermediums v mit größtmöglicher Verwirbelung entsteht. Optimal kann sich dabei ein in der Flussrichtung des Temperiermediums v trichterförmiger Wirbel ausbilden, wie er beispielsweise von Herrn Viktor Schauberger in der Natur beobachtet wurde.
  • In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Düsenplatte verstellbare Strömungselemente umfassen, deren Öffnungen und/oder Winkel relativ zur Oberfläche der Düsenplatte verstellbar sind. Dabei können die Öffnungen und/oder der Austrittswinkel der Düsen in der Düsenplatte verstellbar und feststellbar angeordnet sein, beispielsweise über eine bezüglich der Düsenplatte verdrehbare Lochscheibe und/oder ein verstellbares Rohrstück, welche die Öffnung und/oder die in Flussrichtung schraubenförmigen Austrittswinkel der Düsen steuern. Die Verstellung kann manuell und/oder über Aktuatoren, beispielsweise durch den elektrischen, pneumatischen, hydraulischen oder magnetischen Düsenplattenaktuator erfolgen. Die Ansteuerung der Aktuatoren wird vorteilhafter Weise durch Parametereinstellungen über die Parameter-Steuersignale p1 und/oder p2, gesteuert durch die Reglerkomponente r1 und/oder r2, derart vorgegeben, dass eine gesteuerte Verwirbelung erfolgen kann, mit welcher sich in Synergie gemeinsam mit den anderen Parametereinstellungen im Verlauf des Regelzyklus sukzessive die Solltemperatur Tetasoll und/oder der Soll-Wirkungsgrad Etasoll einstellen kann.
  • Das in den Ausführungsbeispielen optional umgesetzte Prinzip der Verwirbelung im Primärkreislauf, insbesondere an der Zulauföffnung und/oder an der Ablauföffnung, kann einen vorteilhaften Beitrag für eine effiziente Ausführung der Erfindung leisten.
  • Der Betrieb eines Inverter-Wellengenerators zur Temperierung eines Temperiermediums erfolgt in den beschriebenen Ausführungsbeispielen grundsätzlich in den folgenden Verfahrensschritten:
    • - Bereitstellen eines Inverter-Wellengenerators mit den beschriebenen Merkmalen, wobei
    • - ein Temperiermedium in einem Primärkreislauf bewegt wird,
    • - dabei das Temperiermedium im Primärkreislauf einer Zelle, umfassend eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode zugeführt wird,
    • - an die Elektroden im direkten elektrischen Kontakt zum Temperiermedium ein stimulierendes elektrisches Steuersignal us(t) angelegt wird, wodurch
    • - das Temperiermedium in der Zelle zwischen den Elektroden einem elektrischen Feld ausgesetzt wird, welches die Teilchen des Temperiermediums entsprechend seiner Polarität in ihrer Ausrichtung beeinflusst und dadurch die Temperatur Tetaist des Temperiermediums im Primärkreislauf verändert,
    • - das Temperiermedium im Primärkreislauf dem Eingang eines Wärmetauschers zugeführt wird und im Wärmetauscher wenigstens teilweise thermische Energie an den Ausgang des Wärmetauschers abgibt.
  • Alternativ kann das Verfahren der Übertragung des elektrischen Feldes von den Elektroden auf das Temperiermedium kapazitiv, ohne galvanischen Kontakt zwischen den Elektroden und dem Temperiermedium erfolgen.
  • Der reproduzierbare Wirkungsgrad der erfindungsgemäßen Vorrichtung des Inverter-Wellengenerators kann unter Anwendung der definierten Parametereinstellungen oder mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und den damit vorgenommenen Parametereinstellungen bei über 100% liegen. Eine umfassende Theorie der dabei im Temperiermedium beobachtbaren und/oder weiterer, möglicherweise noch unbekannter dabei vorgehender Phänomene im Temperiermedium ist für den erfolgreichen Betrieb des Inverter-Wellengenerators hingegen nicht erforderlich.
  • Figurenliste
  • Diese und andere Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, die nicht einschränkende Beispiele darstellen, wobei auf die folgenden Figuren Bezug genommen wird.
  • Es zeigen,
    • 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Zelle eines Inverter-Wellengenerators im Längsschnitt,
    • 2 das Blockschema eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Signalquelle und der Anordnung der Zelle im Primärkreislauf,
    • 3 das Blockschema eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Signalquelle mit einem Transformator und der Anordnung der Zelle im Primärkreislauf,
    • 4 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für den Aufbau einer optionalen Düsenplatte zur Verwirbelung eines Temperiermediums,
    • 5 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel für den Aufbau der optionalen Düsenplatte zur Verwirbelung des Temperiermediums,
    • 6a ein Beispiel für den Verlauf von bipolaren Amplitudenanteilen unterschiedlicher Frequenz eines Signals mit wechselnder Polarität im Zeitbereich,
    • 6b das Frequenzspektrum eines bipolaren Signals mit Amplitudenanteilen unterschiedlicher Frequenz mit wechselnder Polarität im Frequenzbereich,
    • 7a ein Beispiel für den Verlauf von unipolaren Amplitudenanteilen unterschiedlicher Frequenz eines Signals mit gleichbleibender Polarität im Zeitbereich,
    • 7b das Frequenzspektrum eines unipolaren Signals mit Amplitudenanteilen unterschiedlicher Frequenz mit gleichbleibender Polarität im Frequenzbereich,
    • 8 das Blockschema der beispielhaft umgesetzten dezentralen Mehrgrößen-Regeleinheit,
    • 9 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Regelstrecke bei analytischer Signalerzeugung, und
    • 10 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Regelstrecke bei synthetischer Signalerzeugung.
  • Gemeinsame Bezugszeichen werden in den Figuren durchgehend verwendet, um ähnliche Merkmale anzuzeigen.
  • Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
  • Das in 1 dargestellte bevorzugte Ausführungsbeispiel zeigt beispielhaft den Längsschnitt durch eine Zelle 1 des Inverter-Wellengenerators zur Temperierung eines Temperiermediums 2.
  • Das Temperiermedium 2 ist vorteilhaft über Mittel zur Erzeugung eines statischen Drucks 303, 304, 305 (dargestellt in 9 und 10) und/oder Mittel zur Erzeugung einer dynamischen Druckdifferenz 302wie etwa eine elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betriebene Pumpe (dargestellt in 9 und 10) und/oder eine Anordnung zur Unterstützung von Konvektion durch Temperaturunterschiede bewegbar. Dabei tritt das Temperiermedium 2 über eine Zulauföffnung 40 in die Zelle 1 ein, die es im Wesentlichen entlang einer Längsachse L der Zelle 1 durchläuft. Das Temperiermedium 2 wird in der Zelle 1 mit dem erfindungsgemäßen stimulierenden elektrischen Steuersignal us(t) angeregt, wird nach dem Austritt über eine Ablauföffnung 50 aus der Zelle 1 in einen Primärkreislauf 300 (dargestellt in 2, 3, 9 und 10) unter Rekombination des Temperiermediums 2 weiterbewegt und wird anschließend zur erneuten Anregung über die Zulauföffnung 40 wieder der Zelle 1 zugeführt. Vorteilhaft durchläuft das Temperiermedium 2 dabei den Eingang eines Wärmetauschers 310 (dargestellt in 2, 3, 9 und 10) und tauscht dabei im Wärmetauscher 310 seine thermische Energie aus und stellt diese am Ausgang des Wärmetauschers 310 einem Sekundärkreis 320 bereit, indem es das Temperaturniveau des Sekundärkreises 320 anhebt (heizt) oder absenkt (kühlt).
  • Die Zelle 1 umfasst eine erste Elektrode 110 und eine zweite Elektrode 120, zwischen denen das Temperiermedium 2 beim Durchlaufen der Zelle 1 durch ein elektrisches Feld anregbar ist.
  • Die für das elektrische Feld wirksame Elektrodenfläche zwischen den Elektroden 110, 120 und/oder deren Abstand ist beispielsweise über einen Elektroden-Aktuator 140 optional vorteilhaft veränderbar ausgeführt. Die für das elektrische Feld wirksame, Elektrodenfläche zwischen den Elektroden 110, 120 und/oder deren Abstand wird dabei vorteilhaft von einer Steuerung einer Regeleinheit 400 (dargestellt in 8, 9 und 10) des Inverter-Wellengenerators in Abhängigkeit von einer Regelabweichung gesteuert.
  • Zur Steuerung des Wirkungsgrades und/oder der Temperatur kann optional der Abstand zwischen den Elektroden 110, 120 manuell und/oder über wenigstens einen Elektroden-Aktuator 140, wie beispielsweise durch einen elektrischen, magnetischen oder hydraulischen Antrieb, verstellt werden. Die Ansteuerung der Elektroden-Aktuatoren 140 erfolgt in einer Regelstrecke 420 (dargestellt in 9 und 10) der Regeleinheit 400 (dargestellt in 8) über ein Parameter-Steuersignal p1 und/oder ein Parameter-Steuersignal p2 , gesteuert durch eine Reglerkomponente r1 und/oder eine Reglerkomponente r2 eines Reglers 410 der Regeleinheit 400.
  • Das im Inverter-Wellengenerator verwendete dipolare Temperiermedium 2 basiert auf Wasserstoffbrücken. Das Temperiermedium 2 umfasst beispielsweise Wasser, insbesondere vorteilhaft speziell aufbereitetes neutrales Wasser, welches optional mit Zusätzen angereichert werden kann. Grundsätzlich sind auch andere Fluide mit dipolarer Wasserstoffbrückenbildung als Temperiermedium 2 möglich.
  • Die Leitfähigkeit des als Temperiermedium 2 verwendeten Wassers weist bevorzugter Weise Werte im Bereich von 0,055 µS/cm bis 200 S/m auf.
  • In der Synergie mit weiteren erfindungsgemäßen Parametern, welche über ein Parameter-Steuersignal p1 und/oder ein Parameter-Steuersignal p2 gesteuert werden, weist die Erfindung in zwei wesentlich alternativen Gruppen von Ausführungsbeispielen I und II folgende Wertebereiche für die elektrische Leitfähigkeit des Temperiermediums 2 auf:
  • weitgehend gasfreie Temperierung
  • Zur weitgehend gasfreien Temperierung des Temperiermediums 2 wird vorteilhafter Weise eine niedere bis mittlere Leitfähigkeit von 0,055 µS/cm bis 500 µS/cm, insbesondere 0,1 µS/cm bis 100 µS/cm, bevorzugter Weise 10 µS/cm bis 50 µS/cm des Temperiermediums 2 verwendet, wobei sich Werte von 20 µS/cm bis 30 µS/cm in der Synergie mit weiteren erfindungsgemäßen Parametern, welche über die Parameter-Steuersignale p1 und/oder p2 gesteuert werden, als besonders vorteilhaft erwiesen haben.
  • Temperierung des Temperiermediums unter mehr oder weniger starker Gasbildung
  • Zur Temperierung des Temperiermediums 2 unter mehr oder weniger starker Gasbildung des Temperiermediums 2 kann eine mittlere bis hohe Leitfähigkeit von 0,05 S/m bis 200 S/m, insbesondere von 0,05 S/m bis 5 S/m und bevorzugter Weise von 0,05 S/m bis 0,5 S/m des Temperiermediums 2 eingesetzt werden.
  • Die Elektroden 110, 120 sind in beiden Fällen an Polen 211, 212 einer elektrischen Signalquelle 200 angeschlossen, welche das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) an die Elektroden 110, 120 der Zelle 1 abgibt.
  • In der Zelle 1 des Inverter-Wellengenerators können mittels einer Frequenz oderverschiedener Frequenzen des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) die Moleküle beziehungsweise Cluster des Temperiermediums 2 in ihrer Schwingung verändert werden. Dabei wird über eine Veränderung der Molekülbewegung die bei der Relativbewegung zueinander entstehende Reibung verändert und dadurch mehr Wärme (Heizung) oder weniger Wärme (Kühlung) erzeugt.
  • Primäres Ziel ist das Anheben der Wärme in einem Temperiermedium 2 von einem tieferen Temperaturniveau auf ein höheres Temperaturniveau. Somit kann das System des Inverter-Wellengenerators als primäre Wärmequelle verwendet werden. Da eine höhere Energieausbeute gegenüber der zugeführten Energie erzielt wird (Wirkungsgrad >1,0 bzw. > 100%), ist diese Art von Heizung effizient.
  • Optionales Ziel ist es über die Verlagerung der Zusammensetzung des Amplitudenspektrums der Frequenzanteile des stimulierenden Steuersignals us(t) eine Reduktion der Wärmebewegung der Moleküle herbeizuführen und so eine Wärmeabsenkung, also eine Kühlung, durchzuführen.
  • Die Temperaturveränderung kann im Temperiermedium 2 mit dem Erzeugen und Anlegen von wenigstens einer definierten Amplitude und Frequenz des an den Elektroden 110, 120 der Zelle 1 des Inverter-Wellengenerators angelegten stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) erfolgen. Dabei umfasst das an den Elektroden 110, 120 der Zelle 1 des Inverter-Wellengenerators angelegte stimulierende elektrische Steuersignal us(t) eine definierte Unipolarität ohne Wechsel der Polarität (beispielsweise dargestellt in 7a) oder eine definierte Bipolarität mit Wechsel der Polarität (beispielsweise dargestellt in 6a) oder wenigstens teilweise Bipolarität mit einem wenigstens teilweisen Wechsel der Polarität.
  • Aus diesem Grund umfasst die erfindungsgemäße Zelle 1 polaritätsneutrale Elektroden 110, 120, welche optional mit zumindest teilweise wechselnder elektrischer Polarität des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) angesteuert werden, statt wie beim Stand der Technik einer bezüglich einer unipolar ausgerichteten Kathode mit ausschließlich unipolar wechselnden Spannungswerten angesteuerten und unipolar ausgerichteten Anode.
  • Der vorteilhafte Spitze-Spitze-Wert der elektrischen Spannungsamplitude des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) ist abhängig vom jeweiligen Elektrodenabstand der Elektroden 110, 120, der Elektrodenfläche der Elektroden 110, 120, und von der jeweiligen Leitfähigkeit des Temperiermediums 2.
  • Der Spitze-Spitze-Wert der elektrischen Spannungsamplitude des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) liegt vorteilhaft im Bereich von
    • 1 V bis 60 V (Sicherheitskleinspannung), oder von
    • 60 V bis 1000 V, vorzugsweise 80 V bis 250 V oder von
    • 1000 V bis 100 kV.
  • Vorteilhafte Beispiele für die Synergie einer Kombination von Bereichen des Elektrodenabstands der Elektroden 110, 120, der Elektrodenfläche der Elektroden 110, 120, der Leitfähigkeit des Temperiermediums 2 und des Spitze-Spitze-Werts der elektrischen Spannungsamplitude des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) sind der folgenden Tabelle zu entnehmen.
  • Die Tabelle zeigt Werte für eine definierte abgebbare Leistung der Signalquelle 200, wobei der Elektrodenabstand der Elektroden 110, 120, direkt proportional den Bereich der Leitfähigkeit des Temperiermediums 2 beeinflusst und der Spitze-Spitze-Wert der elektrischen Spannungsamplitude des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) und die Elektrodenfläche der Elektroden 110, 120, umgekehrt proportional den Bereich der Leitfähigkeit beeinflussen.
    Elektrodenabstand [mm] ElektrodenFläche [cm2] Leitfähigkeit [S/m oder µS/cm] Spitze-Spitze-Wert der elektrischen Spannungsamplitude [V]
    1 - 5 25 bis 150 0,18 µs / cm bis 200 S/m 1V bis 60V
    1 - 5 1 bis 100 0,1 µS/cm bis 1,4 S/m 60V bis 1000V
    5 - 60 1 0,06 µS/cm bis 0,005 S / m 1000V bis 100kV
    5-20 100 130 µS/cm bis 200 S/m 1V bis 60V
    5-20 1 bis 100 0,5 µS/ cm bis 6 S/m 60V bis 1000V
    60-100 1 0,06 µS/cm bis 0,1 S/m 1000V bis 100kV
    2-20 10 bis 100 550 µS/cm bis 200 S/m 1V bis 60V
    20-100 0,15 bis 100 2 µS/cm bis 186 S/m 60V bis 1000V
    20-100 0,1 bis 0,3 0,07 µS/cm bis 1 S/m 1000V bis 100kV
  • Der Fachmann erkennt, dass abhängig vom Einsatzfall des Inverter-Wellengenerators in einer Anlage oder in einem Gebäude auch eine andere abgebbare Leistung der Signalquelle 200 und/oder andere Einstellbereiche des Elektrodenabstands und/oder der Elektrodenfläche zum Einsatz kommen können, wodurch sich andere Kombinationen von Bereichen der Leitfähigkeit und des Spitze-Spitze-Werts der elektrischen Spannungsamplitude ergeben können als sie in den Tabellenbeispielen dargestellt sind.
  • Weiterhin erkennt der Fachmann, dass je nach Einsatzfall des Inverter-Wellengenerators in einer Anlage oder in einem Gebäude mehrere Zellen und/oder Wellengeneratoren in Reihe oder parallel kaskadiert im Primärkreislauf 300 angeordnet werden können, um so die über den Wärmetauscher 310 abgebbare Leistung an den Sekundärkreislauf 320 der Anlage oder des Gebäudes zu erhöhen. Ebenso können optional mehrere Primärkreisläufe 300 von örtlich verteilten mehreren Inverter-Wellengeneratoren über mehrere Wärmetauscher 310 auf einen gemeinsamen Sekundärkreislauf 320 wirken, um so die Leistung einer Anlage oder in einem Gebäude zu erhöhen und optional die Temperierung räumlich zu verteilen.
  • Im Ausführungsbeispiel der Zelle 1 aus 1 ist an der Ablauföffnung 50 der Zelle 1 eine Düsenplatte 150 mit Düsen 151 zur Verwirbelung des Temperiermediums 2 angebracht. Die Anbringung einer oder mehrerer Düsenplatten erhöht in der Regel die Wirksamkeit der Vorrichtung, ist jedoch optional.
  • Dabei wird das Temperiermedium 2 in diesem Ausführungsbeispiel in einem ersten Schritt vor dem Austritt aus der Zelle 1 durch die Ablauföffnung 50 in der Düsenplatte 150 in der Flussrichtung des Temperiermediums v schraubenförmig verwirbelt. Anschließend wird nach dem nächsten Eintritt über die Zulauföffnung 40 in die Zelle 1 über das an den Elektroden 110, 120 angelegte stimulierende elektrische Steuersignal us(t) mit diskreten Resonanz-FrequenzAnteilen oder über ein vom stimulierenden elektrischen Steuersignal us(t) erzeugtes Resonanz-Frequenzspektrum der elektrischen Ansteuerspannung das Temperiermedium 2 in Schwingung versetzt. Mittels einer (oder mehrerer) Resonanzfrequenz(en) können Schwingungen im Temperiermedium 2 generiert werden. Dabei gerät das Temperiermedium 2 in eine Schwingung und erzeugt durch Erhöhung der Reibungsbewegung der Wassermoleküle Wärme, beziehungsweise durch Reduktion der Reibungsbewegung der Wassermoleküle einen Wärmeentzug mit Kühlung. Befinden sich die Moleküle des Temperiermediums 2 stimuliert durch das elektrische Steuersignal us(t) in Schwingung, so entsteht entsprechend durch die Resonanzüberhöhungen im Inverter-Wellengenerator eine Beschleunigung oder eine Entschleunigung der Moleküle im Temperiermedium 2, die dabei entstehende beziehungsweise reduzierte Reibungsenergie wird in Wärme beziehungsweise Kühlung umgewandelt. Nachdem das Temperiermedium 2 die Elektroden 110, 120 passiert hat, wird das Temperiermedium 2 wiederum über die Düsenplatte 150 verwirbelt und dessen Eigenschwingungen werden dabei neutralisiert oder rekombiniert.
  • Optional kann an der Zulauföffnung 40 und/oder an der Ablauföffnung 50 der Zelle 1 wenigstens ein Strömungselement 160, 160' in der Zelle 1 und/oder im Rohranschlussstück zur Zelle 1 vorgesehen sein, um eine definierte Strömung des Temperiermediums 2 zu unterstützen. Weitere Strömungselemente 160, 160' können vorteilhaft innerhalb des Primärkreislaufs 300 angeordnet werden.
  • 2 zeigt das Blockschema eines ersten bevorzugten Ausführungsbeispiels der Anordnung einer Signalquelle 200 für die Erzeugung einer stimulierenden elektrischen Steuerspannung us(t) zur Ansteuerung einer Zelle 1. Das an Elektroden 110 und 120 der Zelle 1 des Inverter-Wellengenerators angelegte stimulierende elektrische Steuersignal us(t) wird von der Signalquelle 200 erzeugt. Die Signalquelle 200 umfasst dabei einen Funktions-Signalgenerator 220, ein optionales Filter 230, einen Verstärker 240, ein weiteres optionales Filter 250 und eine optionale Offsetquelle 260.
  • Der Funktions-Signalgenerator 220 erzeugt in diesem Ausführungsbeispiel ein periodisches Ausgangssignal mit einem diskreten Amplituden-Frequenzanteil oder mehreren diskreten Amplituden-Frequenzanteilen und/oder mit teilweise kontinuierlichen Amplituden-Frequenzanteilen, beispielsweise sinusförmigem Verlauf oder mit periodischem puls-, rechteck-, sägezahn-, dreieckförmigem Verlauf oder anderweitig periodischem Verlauf.
  • Die optionalen Filter 230, 250 umfassen beispielsweise jeweils wenigstens einen Tiefpass und/oder wenigstens einen Hochpass und/oder wenigstens einen Bandpass mit definierter Filtercharakteristik bezüglich Grenzfrequenz und Güte. Die optionalen Filter 230, 250 dienen dazu, Frequenzanteile, welche nicht zur Effizienz der Zelle 1 des Inverter-Wellengenerators beitragen aus dem im Funktions-Signalgenerator erzeugten Ausgangssignal herauszufiltern oder Frequenzanteile des im Funktions-Signalgenerator erzeugten Ausgangssignals, welche zur Effizienz der Zelle 1 des Inverter-Wellengenerators beitragen, passieren zu lassen. Dabei kann beispielsweise ein Tiefpassfilter Frequenzanteile bis zu einer oberen Grenzfrequenz und einen potentiell vorhandenen Gleichanteil durchlassen, oder ein Hochpassfilter niedere Frequenzanteile und einen potentiell vorhandenen Gleichanteil unterdrücken oder ein Bandpassfilter einen oder mehrere Frequenzanteile durchlassen. Das optionale Filter 230, 250 kann dabei mehrere in Reihe und/oder parallel liegende kaskadierte Filter umfassen.
  • Vorteilhafter Weise wird das elektrische Steuersignal des Funktions-Signalgenerators 220 beziehungsweise das Ausgangssignal des optionalen Filters 230 im Verstärker 240 bezüglich der stimulierenden elektrischen Spannungsamplitude us(t) und der bereitstellbaren Signalleistung beziehungsweise der Quellenimpedanz der Signalquelle aufbereitet und gegebenenfalls über das optionale Filter 250 gefiltert, bevor es als stimulierendes elektrisches Steuersignal us(t) über die Pole 211 und 212 (in 1 dargestellt) der Signalquelle 200 an die Elektroden 110 und 120 der Zelle 1 des Inverter-Wellengenerators angelegt wird.
  • Die Wiederholfrequenz des periodischen stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) liegt dabei erfindungsgemäß zwischen 0,1 Hz und 10 kHz. Eine Pulsweite des periodischen elektrischen Steuersignals liegt im Bereich zwischen 0,2 µs bis 8 s. Das Amplituden-Frequenzspektrum des periodischen stimulierenden elektrischen Steuersignals weist Spektralanteile im Bereich von 0,1 Hz bis 10 MHz auf. Die minimale Anstiegszeit oder die minimale Abfallzeit des periodischen stimulierenden elektrischen Steuersignals beträgt mehr als 0,01 µs, bevorzugt mehr als 0,1 µs.
  • Je nach Zustand des Temperiermediums 2 kann es zweckmäßig sein, dauerhaft oder für eine definierte, von der Regeleinheit 400 (dargestellt in 8) vorzugebende Zeit das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) mit dauerhaftem oder definiert zeitweisem unipolaren Verlauf oder dauerhaftem oder definiert zeitweisem bipolaren Verlauf oder mit dauerhaftem oder definiert zeitweisem teilweise bipolaren Verlauf an die Elektroden 110 und 120 der Zelle 1 des Inverter-Wellengenerators anzulegen. Optional wird im Verstärker 240 oder nach dem Verstärker 240 ein von der optionalen Offsetquelle 260 erzeugter Gleichanteil (Offset) addiert, um das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) um einen definierten Gleichanteil (Offset) zu verschieben.
  • Durch additives Zumischen eines Gleichanteils (Offset) kann das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) einen dauerhaften oder definiert zeitweisen bipolaren Verlauf oder unipolaren Verlauf oder teilweise bipolaren Verlauf aufweisen.
  • In 2 ist ferner ein primärer Kreislauf 300 des Temperiermediums 2 dargestellt und die Kopplung des primären Kreislaufs 300 des Temperiermediums 2 über einen Wärmetauscher 310 mit einem Sekundärkreislauf 320, welcher beispielsweise ein zirkulierendes Temperiermittel für eine Heizeinrichtung oder eine Kühleinrichtung eines Gebäudes oder einer Anlage betreibt.
  • 3 stellt beispielhaft das Blockschema eines weiteren Ausführungsbeispiels für die Anordnung von Elementen 220,230, 240, 260, 270 280 innerhalb einer Signalquelle 200 für die Erzeugung der stimulierenden elektrischen Steuerspannung us(t) zur Ansteuerung einer Zelle 1 dar. Um gegenüber dem Ausführungsbeispiel aus 2 das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) auf einen mittleren bis hohen Amplitudenwert anzuheben, ist ein Transformator 270 angeordnet, der die Wechselspannungsanteile der stimulierenden elektrischen Steuerspannung us(t) auf definierte Werte transformiert. Optional ist vorgesehen den sekundären zunächst rein bipolaren Wechselspannungsanteilen des Transformators 270 einen Gleichanteil (Offset) aus einer optionalen Offsetquelle 260 additiv zuzumischen und so das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) mit einem unipolaren Verlauf oder teilweise bipolaren Verlauf zu erzeugen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist auf der Sekundärseite des Transformators 270 zusätzlich ein optionaler Gleichrichter 280 angeordnet, der die sekundären zunächst rein bipolaren Wechselspannungsanteile des Transformators 270 in unipolare Wechselspannungsanteile mit Spannungsanteilen mit wechselnden unipolaren Werten umwandelt. Zusätzlich kann in diesem Ausführungsbeispiel ein Gleichanteil (Offset) aus der optionalen Offsetquelle 260 additiv zugemischt werden, um so das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) mit einem unipolaren Verlauf zu verschieben oder wenigstens teilweise bipolaren Verlauf zu erzeugen.
  • 4 und 5 zeigen bevorzugte Ausführungsbeispiele von optionalen Düsenplatten 150 mit Düsen 151 zur Verwirbelung des Temperiermediums 2. Optional kann an einer Eintrittsöffnung 40 einer Zelle 1 die Düsenplatte 150 vorgesehen sein, die das Temperiermedium in der Flussrichtung des Temperiermediums v schraubenförmig verwirbelt oder es kann an einer Austrittsöffnung 50 der Zelle 1 die Düsenplatte 150 vorgesehen sein, die das Temperiermedium in der Flussrichtung des Temperiermediums v schraubenförmig verwirbelt oder es kann an der Eintrittsöffnung 40 und an der Ablauföffnung 50 der Zelle 1 die Düsenplatte 150 vorgesehen sein, die das Temperiermedium in der Flussrichtung des Temperiermediums v schraubenförmig verwirbelt.
  • 4 zeigt beispielhaft die Seitenansicht und die Draufsicht der Düsenplatte 150 mit seitlich in Richtung der Längsachse L der Zelle 1 schraubenförmig gedreht angeordneten Düsen 151, welche das Temperiermedium nach dem Eintritt durch die Eintrittsöffnung 40 in der Flussrichtung des Temperiermediums v entlang der Längsachse L der Zelle 1 vorzugsweise schraubenförmig verwirbeln.
  • 5 zeigt beispielhaft die Draufsicht und den Schnitt A-B der Düsenplatte 150 mit entlang der Längsachse L (vgl. 4) der Zelle 1 schraubenförmig angeordneten Düsen 151, welche das Temperiermedium nach dem Austritt durch die Austrittsöffnung 50 in der Flussrichtung des Temperiermediums v entlang der Längsachse L der Zelle 1 vorzugsweise schraubenförmig verwirbeln.
  • Optional können die Öffnungen und/oder der Austrittswinkel der Düsen 151 in der Düsenplatte 150 verstellbar und feststellbar angeordnet sein (nicht dargestellt), beispielsweise über eine gegenüber der Düsenplatte verdrehbare Lochscheibe und/oder ein verstellbares Rohrstück, welche die Öffnung und/oder die Austrittswinkel der Düsen 151 steuern. Die Verstellung kann manuell oder über Aktuatoren erfolgen. Die Ansteuerung der Aktuatoren erfolgt über die Parameter-Steuersignale p1 und/oder p2 , gesteuert durch die Reglerkomponente r1 und/oder r2.
  • 6a zeigt ein Beispiel für ein bipolares Frequenzspektrum des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) im Sinne einer fouriertransformierten Darstellung mit einzelnen Amplituden unterschiedlicher Frequenz f1, f2, f3, f4 und bipolarer, das heißt wechselnder Polarität im Zeitbereich.
  • 6b zeigt das Amplitudenspektrum f1, f2, f3, f4 im Frequenzbereich. Im Zeitbereich gemäß Darstellung in 6a weisen die Amplituden der verschiedenen beispielhaften sinusförmigen Frequenzanteile f1, f2, f3, f4 einen bezüglich eines neutralen Potentials, der Nulllinie vollständig bipolaren Verlauf auf, das heißt, die Amplituden wechseln im zeitlichen Verlauf bezüglich des neutralen Potentials, der Nulllinie die Polarität von Plus nach Minus. In der Darstellung im Frequenzbereich gemäß Darstellung in 6b findet sich die vollständige Bipolarität wieder, indem kein Gleichanteil (DC oder DC-Offset) neben den Anteilen f1, f2, f3, f4 im Frequenzspektrum vorhanden ist.
  • 7a zeigt ein Beispiel für ein unipolares Frequenzspektrum des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) im Sinne einer fouriertransformierten Darstellung mit einzelnen Amplituden unterschiedlicher Frequenz f1, f2, f3, f4 und nicht wechselnder Polarität im Zeitbereich.
  • 7b zeigt das Amplitudenspektrum im Frequenzbereich.
  • Im Zeitbereich gemäß Darstellung in 7a weisen in diesem Beispiel die Amplituden der verschiedenen sinusförmigen Frequenzanteile f1, f2, f3, f4 einen bezüglich eines neutralen Potentials, der Nulllinie vollständig unipolaren Verlauf auf, das heißt, die Amplituden weisen im zeitlichen Verlauf bezüglich des neutralen Potentials, der Nulllinie keine wechselnde Polarität von Plus nach Minus auf.
  • In der Darstellung im Frequenzbereich gemäß 7b wird die Unipolarität durch einen Gleichanteil (DC oder DC-Offset) neben den Anteilen f1, f2, f3, f4 im Frequenzspektrum repräsentiert, der die Frequenzanteile f1, f2, f3, f4 in diesem Beispiel vollständig in einen unipolaren Bereich verschiebt. Die Verschiebung durch den Gleichanteil kann sowohl in positiver als auch in negativer Richtung erfolgen, wodurch an den Elektroden 110, 120 beispielhaft rein positiver oder rein negativer Verlauf des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) auftritt.
  • Das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) kann optional sowohl ein rein unipolares Signalgemisch als auch ein rein bipolares Signalgemisch sowie eine Mischform aus unipolarem und bipolarem Verlauf umfassen. Optional kann vorteilhaft eine temporäre Steuerung für jeweils eine definierte Zeitspanne durch die Regeleinheit 400 (in 8 dargestellt) in ein unipolares Signalgemisch und/oder bipolares Signalgemisch und/oder eine Mischform aus beiden Signalformen vorgesehen werden.
  • 8 zeigt beispielhaft für ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel das Blockschema der dezentralen Mehrgrößen-Regeleinheit.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist eine Regeleinheit 400 digital realisiert und erfolgt innerhalb einer elektronischen Steuerungseinheit des Inverter-Wellengenerators. Die elektronische Steuerungseinheit umfasst dabei eine elektronische Schaltung zur Realisierung eines Reglers 410, vorteilhaft einen programmierbaren Mikrocontroller oder einen Signalprozessor mit Programmspeicher, Datenspeicher und entsprechenden Treibern für die Mittel einer Regelstrecke 420 zur Einstellung der Parameter, gesteuert über Parameter-Steuersignale p1 und/oder p2 zur Steuerung der Elemente der Regelstrecke 420 (dargestellt in 9 und 10) und eine Schnittstelle für die Programmierung und die Aktualisierung des Programmes sowie für den Zugriff auf Daten.
  • Als Schnittstelle kann eine drahtgebundene Schnittstelle wie beispielsweise eine USB-Schnittstelle oder eine RS232-Schnittstelle, eine Ethernet-LAN-Schnittstelle, eine WAN-Schnittstelle oder eine proprietäre Schnittstelle oder eine drahtlose Schnittstelle wie beispielsweise eine Bluetooth-Schnittstelle oder eine WiFi-Schnittstelle vorgesehen sein. Zur Programmierung der elektronischen Steuerungseinheit des Inverter-Wellengenerators kann lokal ein Computer wie beispielsweise ein stationärer Computer oder tragbarer Computer, ein Tablet oder ein Smartphone verwendet werden. Vorteilhaft verfügt dieser Computer über eine weitere Schnittstelle zu einem entfernten Computer oder dem Internet, um sich von dort fertige Programme oder Updates zur Programmierung der elektronischen Steuerungseinheit des Inverter-Wellengenerators herunterladen oder Daten hochladen zu können.
  • Im Ausführungsbeispiel der über die Parameter-Steuersignale p1 und/oder p2 prozessorgesteuerten Signalquelle 200 (dargestellt in 9 und 10) wird das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) vorzugsweise von einer selbstadaptiven Reglersoftware erzeugt. Alternativ sind andere Regelungskonzepte mit dedizierten Wertevorgaben durch einen Bediener und/oder einen Computer möglich. Vorteilhaft erfolgt die Erzeugung des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) anhand eines digitalen Signalprozessors, auf dem auch das Regelverfahren gesteuert durch ein Computerprogramm abläuft, welches in einer Speichereinheit der elektronischen Steuerungseinheit des Inverter-Wellengenerators abgespeichert ist.
  • Alternativ oder zusätzlich kann in einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel die Erzeugung und Regelung auch durch analoge Mittel erfolgen.
  • Im Betrieb ermittelt die Regeleinheit 400 mit einem Mittel zur Istwerterfassung 422 die aktuelle Temperatur Tetaist des Temperiermediums 2 und es wird die aufgenommene Energie und die abgegebene Energie ermittelt. Aus dem Quotienten wird über ein Mittel zur Istwerterfassung 421 der aktuelle Wirkungsgrad Etaist ermittelt. Dabei wird ein aktuell erzielter Wirkungsgrad Etaist, auch als COP (Coefficient of Performance) bezeichnet, berechnet. Es wird ein von einem Mittel zur Sollwertvorgabe 411 vorgegebener definierter Wirkungsgrad Etasoll und/oder eine von einem Mittel zur Sollwertvorgabe 412 vorgegebene definierte Temperatur Tetasoll als Sollwert angestrebt.
  • Die selbstadaptive Funktion der Regeleinheit 400 kontrolliert optional neben den Eigenschaften des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) die Beschaffenheit, insbesondere die Leitfähigkeit und/oder den pH-Wert und/oder den Durchsatz und/oder den Druck des Temperiermediums 2 und/oder den Elektrodenabstand der Elektroden 110, 120 und/oder die wirksame gegenüberstehende Elektrodenfläche der Elektroden 110, 120 und/oder die Düsenfläche der Düsen 151 und/oder den Austrittswinkel der Düsen 151, und nimmt über die Parameter-Steuersignale p1 oder p2 kontinuierlich Korrekturen vor.
  • Die Zelle 1 des Inverter-Wellengenerators wird aufgrund der selbstadaptiven Funktion der Regeleinheit 400 sukzessive mit dem optimalen Frequenzspektrum und dem optimalen Amplitudenmix angesteuert. Die selbstadaptive Funktion der Regeleinheit 400 nimmt optional sukzessive mit einem Elektroden-Aktuator 140 (dargestellt in 1) für die Verstellung des Elektrodenabstands und/oder der wirksamen, gegenüberstehenden Elektrodenfläche und/oder mit der Dosierpumpe 304 für den pH-Wert und/oder mit der Leitfähigkeits-Dosierpumpe und der Austauschvorrichtung 303 für die Leitfähigkeit und/oder mit einer Primärkreislaufpumpe 302 für den Durchsatz und/oder mit dem Druckhaltemittel 305 für den statischen Druck des Temperiermediums 2 und/oder mit einem Aktuator zur Verstellung der Düsenfläche der Düsen 151 und/oder mit einem Aktuator zur Verstellung des Austrittswinkels der Düsen 151 Korrekturen an den Parametereinstellungen vor.
  • Der Wirkungsgrad Etaist des Inverter-Wellengenerators wird dabei durch das Verhältnis der an den Primärkreislauf 300 abgegebenen Wärmeenergie Eabist zur dafür erforderlichen der Zelle 1 zugeführten elektrischen Steuerenergie Ezuist des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) unter Berücksichtigung aller im stimulierenden elektrischen Steuersignal us(t) enthaltenen Wirkleistungs-Frequenzanteile inklusive Gleichanteil nach dem folgenden Zusammenhang bestimmt: Etaist = Eabist / Ezuist
    Figure DE102018121466A1_0004
  • Die abgegebene Energie Eabist ist über die an einer definierten Masse mM [Gramm] des Temperiermediums im Fall von Wasser erzielte Temperaturveränderung DeltaTeta [Kelvin] nach dem folgenden Zusammenhang bestimmbar: Eabist = mM * DeltaTeta * 4,19 [ Ws ]
    Figure DE102018121466A1_0005
  • Die zugeführte elektrische Energie wird mit einem Mittel zur Istwerterfassung der zugeführten elektrischen Leistung Pzuist 423 mit einer Bandbreite von 0 MHz (DC) bis zu 10 MHz (AC) zur Einbeziehung sämtlicher Oberwellenanteile aus der gemessenen zugeführten Steuerleistung Pzuist [W] und nach Integration über der definierten Messdauer t [Sekunden], in der die abgegebene Wärmeenergie Eabist unter Zufuhr von elektrischer Energie Ezuist erzeugt wurde, bestimmt. Die Erfassung der zugeführten elektrischen Energie Ezuist erfolgt demnach unter Einbeziehung des Gleichanteils und sämtlicher Oberwellenanteile der zu messenden zugeführten Steuerwirkleistung Pzuist [W] annähernd nach dem folgenden Zusammenhang: Ezuist = Pzuist * t [ Ws ]
    Figure DE102018121466A1_0006
  • Bei sich innerhalb einer Messdauer t verändernden Werten der zugeführten elektrischen Leistung Pzuist, die beispielsweise einem zeitlich veränderlichen Kurvenverlauf pzuist(t) folgen, kann vorteilhaft statt einer einfachen Flächenbildung für Ezuist durch eine Multiplikation Pzuist * t [Ws] eine genauere Integration eines Kurvenverlaufs pzuist(t) * dt [Ws] über den Zeitraum der Messdauer durchgeführt werden, um die zugeführte elektrische Energie Ezuist zu ermitteln.
  • Im Betrieb überwacht die Regeleinheit 400 mit dem Mittel zur Istwerterfassung 422 die aktuelle Temperatur Tetaist des Temperiermediums 2 im Primärkreislauf 300. Das Mittel zur Istwerterfassung 422 umfasst beispielsweise einen Temperatursensor, mit welchem eine Veränderung der Temperatur DeltaTeta in der Temperatur Tetaist des Temperiermediums 2 im Verlauf einer Messperiode t ermittelt wird. Daraus wird nach dem Zusammenhang Eabist = mM * DeltaTeta * 4,19 [Ws] und/oder optional über das Mittel zur Istwerterfassung 421 die abgegebene Energie Eabist und der aktuelle Wirkungsgrad Etaist bestimmt. Das Mittel zur Istwerterfassung 421 umfasst beispielsweise optional einen Wärmezähler. Die Berechnung des aktuellen Wirkungsgrades Etaist erfolgt beispielsweise über eine Computerprogrammsequenz oder über eine analoge Quotientenbildung. Dabei wird eine über das Mittel zur Sollwertvorgabe 412 vorgegebene Temperatur Tetasoll und/oder ein über das Mittel zur Sollwertvorgabe 411 vorgegebener definierter Wirkungsgrad Etasoll angestrebt. Die kontinuierlich ermittelte Temperatur Tetaist und/oder der kontinuierlich ermittelte Wirkungsgrad Etaist repräsentieren die Istwerte für den Regler.
  • Die angestrebte definierte Temperatur Tetasoll der Heizung/Kühlung im Primärkreislauf 300 mit dem Temperiermedium 2 und/oder optional ein bestimmtes zeitliches Profil für eine Veränderung dieses Wertes und/oder der angestrebte definierte Wirkungsgrad Etasoll und/oder optional ein bestimmtes zeitliches Profil für eine Veränderung dieses Wertes liefern die Sollwertvorgaben Tetasoll und/oder Etasoll für den Regler 410. Beide Größen werden vorteilhaft beispielsweise von einer dezentralen Regelung für Mehrgrößensysteme verarbeitet. Alternativ sind andere Regelungskonzepte möglich.
  • Die Differenz zwischen dem Sollwert Tetasoll und/oder Etasoll und dem entsprechenden Istwert Tetaist und/oder Etaist liefert im Regler 410 die Regelabweichung d1 beziehungsweise d2.
  • Diese bildet jeweils das Kriterium für die Steuerung der Regelstrecke 420 durch die Reglerkomponente r1 und/oder Reglerkomponente r2. Die Reglerkomponente r1 und/oder Reglerkomponente r2 bestimmt die Charakteristik des Reglers 410, beispielsweise ein P-Verhalten, ein I-Verhalten oder ein D-Verhalten oder Mischformen des Reglers 410 und liefert das Parameter-Steuersignal p1 und/oder Parameter-Steuersignal p2 zur Steuerung der Parametereinstellungen der Regelstrecke 420. Die Regelstrecke 420 verändert die Parametereinstellungen beispielsweise des Funktions-Signalgenerators 220, des optionalen Filters 230 oder des optionalen Filters 250 (dargestellt in 2), der optionalen Offsetquelle 260 des Verstärkers 240, der Signalquelle 200 (dargestellt in 9), der Sinus-Signalgeneratoren 221, 221', einer optionalen Offsetquelle 222, eines Mischers 223 des Verstärkers 240, der Signalquelle 200 (dargestellt in 10), der Primärkreislaufpumpe 302, der Leitfähigkeit-Dosierpumpe und Austauschvorrichtung 303, einer pH-Wert-Dosierpumpe 304, des Elektrodenaktuators 140, einer Druckhaltevorrichtung 305 oder des Düsenplattenaktuators aufgrund der steuernden Vorgaben über die Parameter-Steuersignale p1 beziehungsweise p2 der jeweiligen Reglerkomponente r1 und/oder r2.
  • Zusammenfassung der Funktion der Regeleinheit:
  • Die Regeleinheit 400 erfasst im Betrieb über das Mittel zur Istwerterfassung 422 die aktuelle Temperatur Tetaist des Temperiermediums 2 im Primärkreislauf 300 und/oder über das Mittel zur Istwerterfassung 421 oder aus der Veränderung der Temperatur Tetaist des Temperiermediums 2 im Primärkreislauf 300 den aktuellen Wirkungsgrad Etaist des Inverter-Wellengenerators, entnimmt dem Mittel zur Sollwertvorgabe 412 zur Vorgabe der angestrebten Temperatur Tetasoll der Temperatur des Temperiermediums 2 im Primärkreislauf 300 den Wert einer angestrebten Temperatur Tetasoll der Temperatur des Temperiermediums 2 im Primärkreislauf 300 und/oder entnimmt dem Mittel zur Sollwertvorgabe 411 zur Vorgabe des angestrebten Wirkungsgrads Etasoll des Inverter-Wellengenerators den Wert eines angestrebten Wirkungsgrads Etasoll und bildet in einem Regler 410 aus der Differenz zwischen dem Sollwert Tetasoll und dem Istwert Tetaist und/oder aus der Differenz zwischen dem Sollwert Etasoll und dem Istwert Etaist die Regelabweichung d1 oder d2 und bildet im Regler 410 durch eine Reglerkomponente r1 und/oder eine Reglerkomponente r2 ein Parameter-Steuersignal p1 und/oder ein Parameter-Steuersignal p2, mit welchem eine Regelstrecke 420 derart steuerbar ist, dass die Regelabweichung d1 und/oder d2 sukzessive gegen Null strebt oder beseitigt wird.
  • Dabei sind durch die Regelstrecke 420 im Betrieb die Parametereinstellungen des Funktions-Signalgenerators 220 und/oder des optionalen Filters 230 und/oder des optionalen Filters 250 und/oder der Sinus-Signalgeneratoren 221, 221' und/oder einer optionalen Offsetquelle 222 und/oder eines Mischers 223 und/oder der optionalen Offsetquelle 260 und/oder des Verstärkers 240 der Signal quelle 200 und/oder der Primärkreislaufpumpe 302 und/oder der Leitfähigkeit-Dosierpumpe und Austauschvorrichtung 303 und/oder der pH-Wert-Dosierpumpe 304 und/oder des Elektrodenaktuators 140 und/oder der Druckhaltevorrichtung 305 und/oder des Düsenplattenaktuators aufgrund der steuernden Vorgaben über das Parameter-Steuersignal p1 der Reglerkomponente r1 und/oder über das Parameter-Steuersignal p2 der Reglerkomponente r2 derart steuerbar, dass die Regelabweichung d1 und/oder d2 sukzessive gegen Null strebt oder beseitigt wird.
  • Die Regeleinheit 400 kann in der elektronischen Steuerungseinheit des Inverter-Wellengenerators analog und/oder zumindest teilweise digital ausgeführt sein.
  • Die Regeleinheit kann konventionell oder selbstadaptiv ausgeführt sein.
  • Es werden erfindungsgemäß zwei Ausführungsbeispiele für die Regelstrecke 420 unterschieden: Die Regelstrecke bei analytischer Signalerzeugung oder die Regelstrecke bei synthetischer Signalerzeugung.
  • 9 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die analoge und/oder digitale Regelstrecke bei analytischer Signalerzeugung. In diesem Ausführungsbeispiel des Inverter-Wellengenerators erfolgt in einer Signalquelle 200 die Erzeugung des periodischen stimulierenden elektrischen Steuersignales us(t) mit definiertem Oberwellenspektrum, beispielsweise eines pulsförmigen Signals mit definierter Unipolarität oder definierter Bipolarität oder definierter teilweiser Bipolarität mit definierter Wiederholfrequenz, Pulsbreite, Flankensteilheit und einer vom Verstärker 240 bestimmten Amplitude und Impedanz, einer Filterung im optionalen Filter 230 und optional durch Zumischen eines Offsets aus einer optionalen Offsetquelle 260. Die Oberwellen des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) an Elektroden 110, 120 einer Zelle 1 liegen dabei in einem Frequenzbereich von 0 Hz bis zu 10 MHz. Die Erzeugung des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) und optional die Filterung erfolgt analog und/oder vorteilhaft zumindest teilweise digital.
  • Eine Regelstrecke 420 verändert in diesem Ausführungsbeispiel aufgrund des Parameter-Steuersignales p1 und/oder des Parameter-Steuersignales p2 die Parametereinstellungen beispielsweise eines Funktions-Signalgenerators 220, eines optionalen Filters 230 oder eines optionalen Filters 250 (dargestellt in 2), einer optionalen Offsetquelle 260, eines Verstärkers 240 der Signalquelle 200, einer Primärkreislaufpumpe 302, einer Leitfähigkeit-Dosierpumpe und einer Austauschvorrichtung 303, einer pH-Wert-Dosierpumpe 304, eines Elektrodenaktuators 140, einer Druckhaltevorrichtung 305 oder eines Düsenplattenaktuators aufgrund der steuernden Vorgaben über die Parameter-Steuersignale p1 beziehungsweise p2 der jeweiligen Reglerkomponente r1 und/oder r2.
  • Die aufgenommene elektrische Energie Ezuist wird aus der mit dem Mittel zur Istwerterfassung zugeführten elektrischen Leistung Pzuist 423 des gesamten im stimulierenden elektrischen Steuersignal us(t) enthaltenen Frequenzspektrums und des Gleichanteils durch Integration über der Zeit der Messperiode ermittelt. Im Primärkreislauf sind die Mittel zur Istwerterfassung 422 zur Erfassung der aktuellen Temperatur Tetaist und die Mittel zur Istwerterfassung 421 zur Erfassung der abgegebenen thermischen Energie Eabist vorgesehen.
  • Der statische Druck im Primärkreislauf 300 ist über die pH-Wert-Dosierpumpe 304 und/oder über die Leitfähigkeits-Dosierpumpe und die Austauschvorrichtung 303 und/oder die Druckhaltevorrichtung 305 wie beispielsweise einem steuerbaren Druckgefäß oder einem steuerbaren Druckventil definiert steuerbar.
  • Die Parametereinstellung der Regelstrecke 420 über die Parameter-Steuersignale p1 und/oder p2 erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel der Signalerzeugung des Inverter- Wellengenerators
    • - durch Veränderung der Kurvenfunktion des von der Signalquelle 200 erzeugten Signales und/oder der Wiederholfrequenz und/oder der Pulsbreite und/oder der Anstiegszeit und/oder der Abfallzeit und/oder der Amplitude des an die Elektroden 110, 120 der Zelle 1 angelegten stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t),
    • - durch eine an den Elektroden 110, 120 der Zelle 1 des Inverter-Wellengenerators angelegte dauerhaft oder definiert zeitweise unipolare Ausrichtung der Polarität ohne Wechsel der Polarität oder dauerhaft oder definiert zeitweise bipolare Ausrichtung der Polarität mit einem Wechsel der Polarität oder dauerhaft oder definiert zeitweise teilweise bipolare Ausrichtung der Polarität mit einem teilweisen Wechsel der Polarität des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t),
    • - optional anhand der Parameter des optionalen Filters 230, 250 (siehe 2) für eine jeweils untere Grenzfrequenz und/oder eine jeweils obere Grenzfrequenz und/oder eine jeweilige Güte des wenigstens einen optionalen Filters 230, 250, wobei das optionale Filter 230, 250 mehrere parallel und/oder seriell kaskadierte Filter und Filter höherer Ordnung umfassen kann und wobei das optionale Filter 230,250 im Signalweg zwischen dem Ausgang des als elektrische Signalquelle dienenden Funktions-Signalgenerators 220 und den Elektroden 110, 120 der Zelle 1 angeordnet ist,
    • - optional bei Verwendung des Verstärkers 240 anhand der Verstärkereinstellung für die Amplitude und optional durch Steuerung eines Gleichanteils (Offset) aus der optionalen Offsetquelle 260 des an die Elektroden 110, 120 der Zelle 1 angelegten stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t),
    • - optional durch Veränderung des pH-Werts im Temperiermedium 2, wobei der definierte pH-Wert über die Dosierpumpe 304 nachgestellt wird, die im Primärkreislauf 300 durch Absaugen von Temperiermedium 2 und/oder Zufügen von Wasser mit einem pH-Wert von 6,91 bis 7,09 und/oder Zufügen von Säure mit einem pH-Wert von 1 bis 6,90 und/oder Zufügen von Lauge mit einem pH-Wert von 7,1 bis 14 aus jeweils außerhalb der Vorrichtung des Inverter-Wellengenerators angeordneten, für diese Fluide geeigneten Tankbehältnissen den angestrebten Sollwert des pH-Werts nachstellt,
    • - optional durch Veränderung der Leitfähigkeit im Temperiermedium 2, wobei die definierte Leitfähigkeit des Temperiermediums 2 über die Leitfähigkeits-Dosierpumpe und die Austauschvorrichtung 303 nachgestellt wird, indem im Primärkreislauf 300 durch Absaugen von Temperiermedium 2 und/oder Zufügen von Wasser mit einer Leitfähigkeit von 0,055 µS/cm bis 500 µS/cm, insbesondere von 0,1 µS/cm bis 100 µS/cm und vorteilhafter Weise von 10 µS/cm bis 50 uS/cm, besonders vorteilhafter Weise mit Werten von 20 µS/cm bis 30 µS/cm oder durch Zufügen von Wasser mit einer Leitfähigkeit von 0,05 S/m bis 200 S/m, insbesondere von 0,05 S/m bis 5 S/m und vorteilhafter Weise von 0,05 S/m bis 0,5 S/m aus jeweils außerhalb der Vorrichtung des Inverter-Wellengenerators angeordneten für diese Fluide geeigneten Tankbehältnissen der angestrebte Sollwert der Leitfähigkeit im Primärkreislauf 300 nachgestellt wird,
    • - optional durch Veränderung des Elektrodenabstands und/oder der Elektrodenfläche der Elektroden 110, 120, beispielsweise über den elektrischen, hydraulischen, pneumatischen, magnetischen oder piezoelektrischen Elektroden-Aktuator 140,
    • - optional durch Veränderung des Durchsatzes des Temperiermediums 2 im Primärkreislauf 300 und damit in der Zelle 1, beispielsweise durch Veränderung der Pumpendrehzahl der Primärkreislaufpumpe 302 im Primärkreislauf oder durch Veränderung des Querschnitts im Primärkreislauf 300,
    • - optional durch Veränderung des statischen Drucks und/oder des dynamischen Drucks des Temperiermediums 2 im Primärkreislauf 300 und damit in der Zelle 1 beispielsweise durch Veränderung der Pumpendrehzahl der Primärkreislaufpumpe 302 im Primärkreislauf 300 oder durch Veränderung des Querschnitts im Primärkreislauf 300 und/oder durch Absaugen und/oder Zumischen von Temperiermedium 2 durch die pH-Wert-Dosierpumpe 304 und/oder durch die Leitfähigkeits-Dosierpumpe und die Austauschvorrichtung 303 und/oder durch Veränderung des Ansprechdrucks der Druckhaltevorrichtung 305,
    • - optional durch eine intermittierende zeitliche Steuerung der Parameter-Steuerungssignale p1 und/oder p2 zur Steuerung der Frequenzerzeugung, der Amplituden- und/oder der Phasensteuerung und/oder Filterung und/oder dem Elektrodenabstand und/oder der Elektrodenfläche und/oder dem Durchsatz und/oder dem pH-Wert und/oder der Leitfähigkeit und/oder dem statischen Druck und/oder dem dynamischen Druck des Temperiermediums 2 und/oder der Verwirbelung durch Steuerung des Düsenplattenaktuators der Düsen 151 der Düsenplatte 150.
  • 10 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine analoge Regelstrecke und/oder eine digitale Regelstrecke bei synthetischer Signalerzeugung. Dabei erfolgt die Erzeugung eines stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) in einer Signalquelle 200 durch Synthese einzelner Sinus-Signale aus einzelnen Sinus-Signalgeneratoren 221, 221' mit definierter Frequenz, Amplitude und Phasenlage zueinander und optional eines Gleichanteils DC aus einer optionalen Offsetquelle 222 durch Mischen im Mischer 223 und durch Verstärkung des resultierenden Signals im Verstärker 240.
  • Im Fall der vorteilhaften digitalen Erzeugung und Filterung liegen die einzelnen Signalwerte als zeitlich diskrete digitale Größen vor, welche ein Prozessor in der elektronischen Steuerungseinheit des Inverter-Wellengenerators berechnet, der durch ein dort gespeichertes Computerprogramm gesteuert wird. Die einzelnen digitalen Signalwerte repräsentieren jeweils ein Signal mit definiertem zeitlichen Kurvenverlauf der Signalamplitude. Das resultierende Signal folgt damit einer definierten periodischen Funktion und deren Ableitungen in Abhängigkeit von der Zeit, beispielsweise Rechteck, Puls, Dreieck, Sägezahn, Sinus oder einem anderweitigen periodischen Verlauf.
  • Mehrere von den einzelnen digitalen Sinus-Signalgeneratoren 221, 221' berechnete sinusförmige Signale mit definierter Frequenz und Amplitude werden gegenseitig in der jeweiligen Phasenlage der Signale zueinander zugeordnet. Eine Mischung der digitalen Signalwerte zu einem gemeinsamen Signalwert erfolgt in einer rechnerischen Mischoperation in dem digitalen Mischer 223.
  • Die Berechnung zeitlich diskreter Werte der Signalform erfolgt vorteilhaft im Prozessor der elektronischen Steuerungseinheit des Inverter-Wellengenerators. Diese Signalform erzeugt das von der Reglerkomponente r1 und/oder der Reglerkomponente r2 definierte Frequenzspektrum bezüglich der jeweiligen Frequenz, Amplitude und Phasenlage.
  • Optional kann, gesteuert von der Reglerkomponente r1 und/oder der Reglerkomponente r2 , dauerhaft oder temporär für eine definierte Dauer zusätzlich ein Gleichanteil aus der optionalen Offsetquelle 222 zugemischt werden, um das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) teilweise in den positiven Bereich oder negativen Bereich zu verschieben, beispielsweise um eventuell unerwünschte Gleichanteile zu kompensieren oder um dem stimulierenden Steuersignal zusätzlich einen Gleichanteil zuzumischen.
  • Das Ergebnis wird im Fall der digitalen Erzeugung in einem Digital zu Analog (D/A)-Wandler (nicht dargestellt) innerhalb des Funktions-Signalgenerators 220 vom digitalen Wert in ein analoges Signal gewandelt und nach Verstärkung im Verstärker 240 als stimulierendes elektrisches Steuersignal us(t) den Elektroden 110, 120 der Zelle 1 des Inverter-Wellengenerators zugeführt. Der Verstärker 240 bereitet das Signal aus dem Funktions-Signalgenerator 220 in elektrischer Amplitude und Leistung auf, das entweder direkt oder über den Transformator 270 (vgl. 3) übersetzt als stimulierendes elektrisches Steuersignal us(t) an die Elektroden 110, 120 der Zelle 1 des Inverter-Wellengenerators angelegt wird.
  • Bei analoger Ausführung erfolgt die Erzeugung des Eingangssignals des Verstärkers 240 in der Signalquelle 200 beispielsweise durch die analog oder digital steuerbaren Sinus-Signalgeneratoren 221, 221' und den analogen Mischer 223 innerhalb des Funktions-Signalgenerators 220. Vorteilhaft wird das analoge Signal dem Eingang des steuerbaren Verstärkers 240 zugeführt, der das Eingangssignal in elektrischer Amplitude und Leistung aufbereitet und so entweder direkt oder über den Transformator 270 (vgl. 3) übersetzt als stimulierendes elektrisches Steuersignal us(t) an die Elektroden 110, 120 der Zelle 1 des Inverter-Wellengenerators abgibt.
  • Optional kann zusätzlich ein Gleichanteil zugemischt werden, um ein zunächst rein bipolares Signal teilweise in den positiven oder negativen Bereich zu verschieben, beispielsweise um eventuell unerwünschte Gleichanteile zu kompensieren oder um dem stimulierenden Steuersignal zusätzlich einen Gleichanteil zuzumischen. Vorteilhaft wird das analoge Signal dem Eingang des, bezüglich Verstärkungsfaktor steuerbaren analogen Verstärkers 140 zugeführt, der das Signal in Amplitude und Leistung aufbereitet und so entweder direkt oder über den Transformator 270 (vgl. 3) übersetzt als stimulierendes elektrisches Steuersignal us(t) an die Elektroden 110, 120 der Zelle 1 des Inverter-Wellengenerators weiterleitet. Bei Einsatz des Transformators 270 kann optional am Eingang der Zelle 1 des Inverter-Wellengenerators das Zumischen eines Gleichanteils erfolgen.
  • Die Frequenz des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) an den Elektroden 110, 120 der Zelle 1 beträgt 0 Hz bis zu 10 MHz. Dieser Frequenzbereich liefert den überraschenden Effekt einer Beeinflussbarkeit mit hoher Effizienz von über 100% durch das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) zur Temperierung von Wassermolekülen, denn eine wärmetechnische Beeinflussung der Wasserdipole ist bisher nur aus dem Bereich der Mikrowellen von größer 2 GHz mit einem Wirkungsgrad um 60% bekannt.
  • Die Parametereinstellung der Regelstrecke 420 über die Parameter-Steuersignale p1 und/oder p2 erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel der Signalerzeugung des Inverter- Wellengenerators
    • - durch die Erzeugung wenigstens eines sinusförmigen Signals jeweils durch die einzelnen Sinus-Signalgeneratoren 221, 221' mit von der Reglerkomponente r1 und/oder r2 vorgegebener definierter Frequenz und Amplitude,
    • - bei mehreren solcher sinusförmigen Einzelsignalanteile durch die von der Reglerkomponente r1 und/oder r2 an die einzelnen Sinus-Signalgeneratoren 221, 221' vorgegebenen definierten einzelnen Frequenzen und durch vorgegebene einzelne definierte Amplituden und durch vorgegebene einzelne definierte Phasenlagen der einzelnen Signale zueinander,
    • - bei mehreren von einzelnen Sinus-Signalgeneratoren 221, 221' erzeugten Signalen durch Mischen der einzelnen Signale in einem optional steuerbaren Mischer 223,
    • - durch das an den Elektroden 110, 120 der Zelle 1 des Inverter-Wellengenerators angelegten stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) mit einer dauerhaften oder definiert zeitweisen definierten Unipolarität ohne Wechsel der Polarität oder mit einer dauerhaften oder definiert zeitweisen definierten Bipolarität mit Wechsel der Polarität oder einer dauerhaften oder definiert zeitweisen definierten wenigstens teilweisen Bipolarität mit einem wenigstens teilweisen Wechsel der Polarität,
    • - optional bei Verwendung des Verstärkers 240 anhand der Verstärkereinstellung für die Amplitude des an die Elektroden 110, 120 der Zelle 1 angelegten Signals,
    • - optional durch Veränderung des pH-Werts im Temperiermedium 2, wobei der definierte pH-Wert über die Dosierpumpe 304 nachgestellt wird, indem im Primärkreislauf 300 durch Absaugen von Temperiermedium 2 und/oder Zufügen von Wasser mit einem pH-Wert von 6,91 bis 7,09, und/oder Zufügen von Säure mit einem pH-Wert von 1 bis 6,90, und/oder Zufügen von Lauge mit einem pH-Wert von 7,1 bis 14 aus jeweils außerhalb der Vorrichtung des Inverter-Wellengenerators angeordneten für diese Fluide geeigneten Tankbehältnissen der angestrebte Sollwert des pH-Werts nachgestellt wird,
    • - optional durch Veränderung der Leitfähigkeit im Temperiermedium 2, wobei die definierte Leitfähigkeit des Temperiermediums 2 über die Leitfähigkeits-Dosierpumpe und die Austauschvorrichtung 303 nachgestellt wird, indem im Primärkreislauf 300 durch Absaugen von Temperiermedium 2 und/oder Zufügen von Wasser mit einer Leitfähigkeit von 0,055 µS/cm bis 500 µS/cm, insbesondere von 0,1 µS/cm bis 100 µS/cm und vorteilhafter Weise von 10 µS/cm bis 50 µS/cm, besonders vorteilhafter Weise durch Werte von 20 µS/cm bis 30 µS/cm oder durch Zufügen von Wasser mit einer Leitfähigkeit von 0,05 S/m bis 200 S/m, insbesondere von 0,05 S/m bis 5 S/m und vorteilhafter Weise von 0,05 S/m bis 0,5 S/m aus jeweils außerhalb der Vorrichtung des Inverter-Wellengenerators angeordneten für diese Fluide geeigneten Tankbehältnissen der angestrebte Sollwert der Leitfähigkeit nachgestellt und hergestellt wird,
    • - optional durch Veränderung des Elektrodenabstands und/oder der Elektrodenfläche der Elektroden 110, 120, beispielsweise über wenigstens den elektrischen, hydraulischen, pneumatischen, magnetischen oder piezoelektrischen Elektroden-Aktuator 140,
    • - optional durch Veränderung des Durchsatzes des Temperiermediums 2 im Primärkreislauf 300 und damit in der Zelle 1, beispielsweise durch Veränderung der Pumpendrehzahl der Primärkreislaufpumpe 302 im Primärkreislauf 300 oder durch Veränderung des Querschnitts im Primärkreislauf 300,
    • - optional durch Veränderung des statischen Drucks und/oder dynamischen Drucks des Temperiermediums 2 im Primärkreislauf 300 und damit in der Zelle 1, beispielsweise durch Veränderung der Pumpendrehzahl der Primärkreislaufpumpe 302 im Primärkreislauf 300 oder durch Veränderung des Querschnitts im Primärkreislauf 300 und/oder durch Absaugen und/oder durch Zumischen von Temperiermedium 2 durch die pH-Wert-Dosierpumpe 304 und/oder durch die Leitfähigkeits-Dosierpumpe und Austauschvorrichtung 303 und/oder durch Veränderung des Ansprechdrucks der Druckhaltevorrichtung 305,
    • - optional durch eine intermittierende zeitliche Steuerung der Parameter-Steuerungssignale p1 und/oder p2 zur Steuerung der Frequenzerzeugung, der Amplitudensteuerung und/oder der Phasensteuerung und/oder der Filterung und/oder des Elektrodenabstands und/oder der Elektrodenfläche und/oder des Durchsatzes und/oder des pH-Wertes und/oder der Leitfähigkeit und/oder des statischen Druckes und/oder des dynamischen Druckes des Temperiermediums 2 und oder des Düsenplattenaktuators der Düsen 151 der Düsenplatte 150.
  • Alternative Ausführungsbeispiele umfassen sowohl bei der Regelstrecke 420 bei analytischer Signalerzeugung als auch bei der Regelstrecke 420 bei synthetischer Signalerzeugung in der analogen oder digitalen Ausführung, beispielsweise bereits bei der Signalerzeugung im Funktions-Signalgenerator 220 oder im Signalpfad danach durch Zumischung eines Gleichanteils beziehungsweise eines Offsets aus einem optionalen Offsetgenerator 222, 260 für das an den Elektroden 110, 120 der Zelle 1 des Inverter-Wellengenerators angelegte stimulierende elektrische Steuersignal us(t) dauerhaft oder definiert zeitweise unipolaren Verlauf und/oder dauerhaft oder definiert zeitweise bipolaren Verlauf oder definiert zeitweise teilweisen bipolaren Verlauf. Optional kann das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) für definierte Zeitabstände ganz ausgesetzt oder beispielsweise durch Absenken der Amplitude teilweise ausgesetzt werden, um beispielsweise in Pausenzeiten eine Rekombination des Temperiermediums 2 zu ermöglichen.
  • Der Regler 410 ist sowohl bei der Regelstrecke 420 bei analytischer Signalerzeugung als auch bei der Regelstrecke 420 bei synthetischer Signalerzeugung vorteilhaft in der elektronischen Steuerungseinheit des Inverter-Wellengenerators durch einen Prozessor, insbesondere einen Signalprozessor mit einem in der elektronischen Steuerungseinheit des Inverter-Wellengenerators gespeicherten Programm zur Steuerung der erfindungsgemäßen Verfahrensschritte unter Einbeziehung der erfassten Istwerte und der vorgegebenen Sollwerte, realisiert.
  • Die Regelzyklen verlaufen zwar im Bereich von etlichen Sekunden bis Minuten relativ langsam, da die Erfassung des Istwerts für den teilweise wärmetechnisch ermittelten Wirkungsgrad Etaist relativ träge verläuft, jedoch ist auch im Hinblick auf digital zu erzeugende Signale eine Taktfrequenz von über 100 MHz des Prozessors hinsichtlich der Grenzfrequenz der zu verarbeitenden Oberwellen des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) an den Elektroden 110, 120 der Zelle 1 von bis zu 10 MHz vorteilhaft, um Aliasingeffekte zu vermeiden. Die langsamen Regelzyklen stellen im Zusammenhang mit einer Heizungs-/Kühlungsanlage kein Problem dar.
  • Die Einstellung der Parameterkombinationen erfolgt programmgesteuert in den definierten Verfahrensschritten durch sukzessive Variation der Parametereinstellungen.
  • Vorteilhafter Weise kann sowohl bei dem Ausführungsbeispiel der Regelstrecke 420 mit analytischer Signalerzeugung als auch bei dem Ausführungsbeispiel der Regelstrecke 420 mit synthetischer Signalerzeugung die Variation der Parametereinstellung aufgrund von randomisierten Verfahren wie beispielsweise einem so genannten Monte-Carlo-Algorithmus oder einem so genannten Las-Vegas-Algorithmus oder dergleichen erfolgen.
  • Erfolgreich und ggf. je nach Verfahren auch nicht erfolgreich durchgeführte Parametereinstellungen und deren Ausgangssituation werden vorteilhafter Weise in einer Speichereinrichtung der elektronischen Steuerungseinheit des Inverter-Wellengenerators gespeichert und je nach Ausgangssituation später wieder mit höherer Priorität ausgewählt und bei Erfolg wieder gespeichert. Auf diese Weise „lernt“ die Regeleinheit 400 aus ihren vorhergegangenen erfolgreich und ggf. auch nicht erfolgreich durchgeführten Parametereinstellungen und kann so in Abhängigkeit von den Abmessungen des Inverter-Wellengenerators und in Abhängigkeit von seinen Betriebsbedingungen sich selbst und die Steuerung für erfolgreiche Parametereinstellungen zur Erzeugung des stimulierenden Steuersignals sukzessive optimieren.
  • Die Regeleinheit 400 kann vorteilhaft eine selbstadaptive Funktion aufweisen, wobei die Regeleinheit 400 neben den Eigenschaften des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) die Beschaffenheit, insbesondere die Leitfähigkeit und/oder den Durchsatz und/oder den Druck des Temperiermediums 2 und/oder den Elektrodenabstand der Elektroden 110, 120 und/oder die wirksame gegenüberstehende Elektrodenfläche der Elektroden 110, 120 und/oder die Düsenfläche der Düsen 151 und/oder den Austrittswinkel der Düsen 151, kontrolliert und über die Parameter-Steuersignale p1 und/oder p2 kontinuierlich Korrekturen vornimmt, indem erfolgreich und/oder nicht erfolgreich durchgeführte Parametereinstellungen und deren Ausgangssituation in einer Speichereinrichtung der Vorrichtung gespeichert werden und zu einem späteren Zeitpunkt mit höherer Priorität ausgewählt und optional bei Erfolg wieder gespeichert werden.
  • Für die Umsetzung können sowohl beim Ausführungsbeispiel der Regelstrecke 420 mit analytischer Signalerzeugung als auch beim Ausführungsbeispiel der Regelstrecke 420 mit synthetischer Signalerzeugung für den Regler 410 konventionelle Regler und/oder vorteilhaft auch sogenannte „Fuzzy-Regler“ eingesetzt werden, die im Gegensatz zu eng tolerierten Werten die Verwendung von weit tolerierten „unscharfen“ Wertebereichen ermöglichen. „Fuzzy-Regler“ eignen sich vorliegend vorteilhaft zur Umsetzung des technischen Prozesses mit optional mehreren Ein- und Ausgangsgrößen bei wechselnden sich gegenseitig beeinflussenden Parametern und nichtlinearen Teilsystemen.
  • Über die selbstlernende Funktion optimiert sich die Regeleinheit 400 vorteilhaft selbständig. Weicht im Betrieb der Wirkungsgrad Etaist und/oder die Temperatur Tetaist von den Sollwerten Etasoll oder Tetasoll ab, werden die Parametereinstellungen über das Parameter-Steuersignal p1 und/oder p2 sukzessive so lange variiert und nachgestellt, bis die Abweichung gegen Null strebt oder beseitigt ist. Dies ist ein stetiges kybernetisches Verfahren, welches während des ganzen Betriebs stattfindet.
  • Vorteilhafter Weise sind optional für eine definierte Ausführung des Inverter-Wellengenerators bereits erfolgreich ermittelte Parametersätze als Startwerte für die Inbetriebnahme der Regeleinheit 400 abgespeichert.
  • Alternativ ist auch eine konventionelle nach kybernetischen Grundsätzen operierende und gegebenenfalls nicht selbstlernende Regeleinheit 400 einsetzbar.
  • Der Regler 410 passt vorteilhaft die Heizleistung den vorgegebenen Sollwerten für Tetasoll und/oder Etasoll an, so dass ein modulierender Betrieb stattfindet und genau die Wärme oder Kälte produziert wird, die benötigt wird.
  • Der Betrieb eines Inverter-Wellengenerators zur Temperierung eines Temperiermediums 2 erfolgt in den beschriebenen Ausführungsbeispielen grundsätzlich in den folgenden Verfahrensschritten:
    • - Bereitstellen eines Inverter-Wellengenerators mit den beschriebenen Merkmalen, wobei
    • - ein Temperiermedium 2 in einem Primärkreislauf 300 bewegt wird,
    • - dabei das Temperiermedium 2 im Primärkreislauf 300 einer Zelle 1, umfassend eine erste Elektrode 110 und eine zweite Elektrode 120 zugeführt wird,
    • - an die Elektroden 110, 120 im direkten elektrischen Kontakt zum Temperiermedium 2 ein stimulierendes elektrisches Steuersignal us(t) angelegt wird, wodurch
    • - das Temperiermedium 2 in der Zelle 1 zwischen den Elektroden 110, 120 einem elektrischen Feld ausgesetzt wird, welches die Teilchen des Temperiermediums 2 entsprechend seiner Polarität in ihrer Ausrichtung beeinflusst und dadurch die Temperatur Tetaist des Temperiermediums 2 im Primärkreislauf 300 verändert,
    • - das Temperiermedium 2 im Primärkreislauf 300 dem Eingang eines Wärmetauschers 310 zugeführt wird und im Wärmetauscher 310 wenigstens teilweise thermische Energie an den Ausgang des Wärmetauschers 310 abgibt.
  • Alternativ kann das Verfahren der Übertragung des elektrischen Feldes von den Elektroden 110, 120 auf das Temperiermedium 2 kapazitiv, ohne direkten elektrisch leitenden Kontakt zwischen den Elektroden 110, 120 und dem Temperiermedium 2 in den folgenden Verfahrensschritten erfolgen:
    • - Bereitstellen eines Inverter-Wellengenerators mit den beschriebenen Merkmalen, wobei
    • - ein Temperiermedium 2 in einem Primärkreislauf 300 bewegt wird,
    • - dabei das Temperiermedium 2 im Primärkreislauf 300 einer Zelle 1, umfassend eine erste Elektrode 110 und eine zweite Elektrode 120 zugeführt wird,
    • - an die Elektroden 110, 120 ohne direkten elektrischen Kontakt zum Temperiermedium 2 ein stimulierendes elektrisches Steuersignal us(t) angelegt wird, wodurch
    • - das Temperiermedium 2 in der Zelle 1 zwischen den Elektroden 110, 120 einem elektrischen Feld ausgesetzt wird, welches die Teilchen des Temperiermediums 2 entsprechend seiner Polarität in ihrer Ausrichtung beeinflusst und dadurch die Temperatur Tetaist des Temperiermediums 2 im Primärkreislauf 300 verändert,
    • - das Temperiermedium 2 im Primärkreislauf 300 dem Eingang eines Wärmetauschers 310 zugeführt wird und im Wärmetauscher 310 wenigstens teilweise thermische Energie an den Ausgang des Wärmetauschers 310 abgibt.
  • Man versteht, dass die obige Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen nur beispielhaft ist, und dass verschiedene Modifikationen von Fachleuten auf dem Gebiet der Technik ausgeführt werden können. Obwohl verschiedene Ausführungsbeispiele oben mit einem gewissen Grad an Genauigkeit beschrieben wurden, oder mit Bezug auf eine oder mehrere einzelne Ausführungsbeispiele, könnten Fachleute auf dem Gebiet zahlreiche Änderungen an den offenbarten Ausführungsbeispielen vornehmen, ohne dabei vom Wesen oder dem Schutzbereich dieser Erfindung abzuweichen. Aspekte beliebiger der oben beschriebenen Beispiele können mit Aspekten beliebiger anderer beschriebener Beispiele kombiniert werden, um weitere Beispiele zu bilden, ohne eine Wirkung zu verlieren.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Zelle
    2
    Temperiermedium
    10
    Gehäuse
    40
    Zulauföffnung
    50
    Ablauföffnung
    110
    erste Elektrode
    120
    zweite Elektrode
    140
    Elektroden-Aktuator
    150
    Düsenplatte
    151
    Düse
    160, 160'
    Strömungselement
    200
    elektrische Signalquelle
    211, 212
    Pol der elektrischen Signalquelle
    220
    Funktions-Signalgenerator
    221, 221'
    Sinus-Signalgenerator
    230, 250
    optionales Filter
    240
    Verstärker
    222, 260
    optionale Offsetquelle
    223
    Mischer
    270
    Transformator
    280
    optionaler Gleichrichter
    300
    Primärkreislauf
    302
    Primärkreislaufpumpe
    303
    Leitfähigkeits-Dosierpumpe und Austauschvorrichtung
    304
    pH-Wert-Dosierpumpe
    305
    Druckhaltevorrichtung
    310
    Wärmetauscher
    320
    Sekundärkreislauf
    400
    Regeleinheit
    410
    Regler
    411, 412
    Mittel zur Sollwertvorgabe
    420
    Regelstrecke
    421, 422
    Mittel zur Istwerterfassung
    423
    Mittel zur Istwerterfassung zugeführter elektrischer Leistung Pzuist
    p1, p2
    Parameter-Steuersignal
    r1, r2
    Reglerkomponente
    us(t)
    stimulierendes elektrisches Steuersignal
    v
    Flussrichtung des Temperiermediums
    L
    Längsachse der Zelle 1
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1875140 B1 [0009]
    • US 5149407 A [0010]

Claims (25)

  1. Inverter-Wellengenerator mit einer Zelle (1) zur Temperierung eines Temperiermediums (2), das dipolare Teilchen umfasst, mit einem Gehäuse (10) mit zumindest einer Zulauföffnung (40) und zumindest einer Ablauföffnung (50) für das Temperiermedium (2), wobei in dem Gehäuse (10) zumindest eine erste Elektrode (110) und zumindest eine zweite Elektrode (120) in einem Abstand zueinander angeordnet sind, und wobei die zumindest erste Elektrode (110) und die zumindest zweite Elektrode (120) mit je einem Pol (211, 212) von zumindest einer elektrischen Signalquelle (200) elektrisch leitend verbunden sind, wobei das Temperiermedium (2) eine Leitfähigkeit im Bereich von 0,055 µS/cm bis 500 µS/cm aufweist.
  2. Inverter-Wellengenerator nach Anspruch 1, wobei das Temperiermedium (2) eine Leitfähigkeit im Bereich von 0,1 µS/cm bis 100 µS/cm, insbesondere im Bereich von 10 µS/cm bis 50 µS/cm, aufweist.
  3. Inverter-Wellengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abstand der Elektroden (110, 120) definiert veränderbar ist.
  4. Inverter-Wellengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zwischen den Elektroden (110, 120) gegenüberstehende Fläche der Elektroden (110, 120) definiert veränderbar ist.
  5. Inverter-Wellengenerator nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Abstand der Elektroden (110, 120) und/oder die Fläche der Elektroden (110, 120) über wenigstens einen Elektroden-Aktuator (140) definiert veränderbar ist.
  6. Inverter-Wellengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zelle (1) an der Zulauföffnung (40) und/oder an der Ablauföffnung (50) eine Düsenplatte (150) umfasst, die Düsen (151) zur Verwirbelung des Temperiermediums (2) aufweist.
  7. Inverter-Wellengenerator nach Anspruch 6, wobei die Düsenplatte (150) bezüglich der Öffnungsfläche und/oder des Austrittswinkels der Düsen (151) steuerbar ist.
  8. Inverter-Wellengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zelle (1) an der Zulauföffnung (40) und/oder an der Ablauföffnung (50) Strömungselemente (160, 160') aufweist.
  9. Inverter-Wellengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Signalquelle (200) ein stimulierendes elektrisches Steuersignal us(t) mit Amplitudenanteilen in einem Frequenzspektrum von 0 Hz bis 10 MHz erzeugt.
  10. Inverter-Wellengenerator nach Anspruch 9, wobei das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) einen periodischen Signalverlauf mit einer Wiederholfrequenz von 0,1 Hz bis 10 kHz aufweist.
  11. Inverter-Wellengenerator nach Anspruch 10, wobei das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) eine Pulsbreite von 0,2 µs bis 8 s aufweist.
  12. Inverter-Wellengenerator nach Anspruch 10 oder 11, wobei das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) eine minimale Anstiegszeit von mehr als 0,01 µs und eine minimale Abfallzeit von mehr als 0,01 µs aufweist.
  13. Inverter-Wellengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 12, wobei das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) eine definierte Unipolarität ohne Wechsel der Polarität aufweist.
  14. Inverter-Wellengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 12, wobei das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) eine definierte Bipolarität mit Wechsel der Polarität aufweist.
  15. Inverter-Wellengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 12, wobei das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) eine teilweise Bipolarität mit teilweisem Wechsel der Polarität aufweist.
  16. Inverter-Wellengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 bis 15, wobei die Amplitude des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des Temperiermediums (2) und vom Elektrodenabstand der Elektroden (110, 120) und von der Elektrodenfläche der Elektroden (110, 120) einen Wert von 1 V Spitze-Spitze bis 100 kV Spitze-Spitze aufweist.
  17. Inverter-Wellengenerator nach Anspruch 16, wobei die Amplitude des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des Temperiermediums (2) und vom Elektrodenabstand der Elektroden (110, 120) und von der Elektrodenfläche der Elektroden (110, 120) einen Wert von 1 V Spitze-Spitze bis 60 V Spitze-Spitze aufweist.
  18. Inverter-Wellengenerator nach Anspruch 16, wobei die Amplitude des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des Temperiermediums (2) und vom Elektrodenabstand der Elektroden (110, 120) und von der Elektrodenfläche der Elektroden (110, 120) einen Wert von 60 V Spitze-Spitze bis 1000 V Spitze-Spitze aufweist.
  19. Inverter-Wellengenerator nach Anspruch 16, wobei die Amplitude des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des Temperiermediums (2) und vom Elektrodenabstand der Elektroden (110, 120) und von der Elektrodenfläche der Elektroden (110, 120) einen Wert von 1000 V Spitze-Spitze bis 100 kV Spitze-Spitze aufweist.
  20. System für einen Inverter-Wellengenerator umfassend eine Zelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, eine Signalquelle (200) zum Erzeugen eines stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) nach einem der Ansprüche 9 bis 19, einen Primärkreislauf (300), wobei der Primärkreislauf (300) ein Temperiermedium (2) von der Zelle (1) zu einem Eingang eines Wärmetauschers (310) und von dort wieder zurück zur Zelle (1) führt, einen Sekundärkreislauf (320) an einem Ausgang des Wärmetauschers (310), optional eine Primärkreislaufpumpe (302), wobei die Primärkreislaufpumpe (302) eine einstellbare definierte dynamische Druckdifferenz des Temperiermediums (2) über der Zelle (1) herstellt, optional eine Leitfähigkeits-Dosierpumpe und Austauschvorrichtung (303), wobei die Leitfähigkeits-Dosierpumpe und Austauschvorrichtung (303) das Temperiermedium (2) mit einer einstellbaren definierten Leitfähigkeit aus dem Primärkreislauf (300) absaugt und durch das Temperiermedium (2) mit einer einstellbaren definierten Leitfähigkeit ersetzt und dabei optional den einstellbaren definierten statischen Druck im Primärkreislauf herstellt, optional einer pH-Wert-Dosierpumpe (304) wobei die pH-Wert-Dosierpumpe (304) das Temperiermedium (2) mit einem definierten pH-Wert aus dem Primärkreislauf (300) absaugt und durch das Temperiermedium (2) mit einem einstellbaren definierten pH-Wert ersetzt und dabei optional den einstellbaren definierten statischen Druck im Primärkreislauf herstellt, optional eine Druckhaltevorrichtung (305), wobei die Druckhaltevorrichtung (305) den statischen Druck des Temperiermediums (2) im Primärkreislauf (300) auf einem einstellbaren definierten Wert hält, eine Regeleinheit (400), umfassend ein Mittel zur Istwerterfassung (421) des aktuellen Wirkungsgrads Etaist des Inverter-Wellengenerators und/oder ein Mittel zur Istwerterfassung (422) der aktuellen Temperatur Tetaist des Temperiermediums (2) im Primärkreislauf (300) und ein Mittel zur Sollwertvorgabe (412) zur Vorgabe der angestrebten Temperatur Tetasoll der Temperatur des Temperiermediums (2) im Primärkreislauf (300) und/oder ein Mittel zur Sollwertvorgabe (411) zur Vorgabe des angestrebten Wirkungsgrads Etasoll des Inverter-Wellengenerators.
  21. System für einen Inverter-Wellengenerator nach Anspruch 20, wobei die Regeleinheit (400) im Betrieb über das Mittel zur Istwerterfassung (422) die aktuelle Temperatur Tetaist des Temperiermediums (2) im Primärkreislauf (300) erfasst und/oder über das Mittel zur Istwerterfassung (421) oder aus der Veränderung der Temperatur Tetaist des Temperiermediums (2) im Primärkreislauf (300) den aktuellen Wirkungsgrad Etaist des Inverter-Wellengenerators bestimmt und dem Mittel zur Sollwertvorgabe (412) zur Vorgabe der angestrebten Temperatur Tetasoll der Temperatur des Temperiermediums (2) im Primärkreislauf (300), den Wert einer angestrebten Temperatur Tetasoll der Temperatur des Temperiermediums (2) im Primärkreislauf (300) entnimmt und/oder dem Mittel zur Sollwertvorgabe (411) zur Vorgabe des angestrebten Wirkungsgrads Etasoll des Inverter-Wellengenerators, den Wert eines angestrebten Wirkungsgrads Etasoll entnimmt und in einem Regler (410) aus der Differenz zwischen dem Sollwert Tetasoll und dem Istwert Tetaist die Regelabweichung (d1) bildet und/oder aus der Differenz zwischen dem Sollwert Etasoll und dem Istwert Etaist die Regelabweichung (d2) bildet und im Regler (410) durch eine Reglerkomponente (r1) und/oder eine Reglerkomponente (r2) ein Parameter-Steuersignal (p1) und/oder ein Parameter-Steuersignal (p2) bildet, mit welchem eine Regelstrecke (420) derart steuerbar ist, dass die Regelabweichung (d1) und/oder (d2) sukzessive gegen Null strebt.
  22. System für einen Inverter-Wellengenerator nach Anspruch 21, wobei durch die Regelstrecke (420) im Betrieb die Parametereinstellungen des Funktions-Signalgenerators (220) und/oder des optionalen Filters (230) und/oder des optionalen Filters (250) und/oder der Sinus-Signalgeneratoren (221, 221') und/oder einer optionalen Offsetquelle (222) und/oder eines Mischers (223) und/oder der optionalen Offsetquelle (260) und/oder eines Verstärkers (240) der Signalquelle (200) und/oder der Primärkreislaufpumpe (302) und/oder der Leitfähigkeit-Dosierpumpe und Austauschvorrichtung (303) und/oder der pH-Wert-Dosierpumpe (304) und/oder eines Elektrodenaktuators (140) und/oder der Druckhaltevorrichtung (305) und/oder eines Düsenplattenaktuators aufgrund der steuernden Vorgaben über das Parameter-Steuersignal (p1) der Reglerkomponente (r1) und/oder über das Parameter-Steuersignal (p2) der Reglerkomponente (r2) derart steuerbar sind, dass die Regelabweichung (d1) und/oder (d2) sukzessive gegen Null strebt.
  23. System für einen Inverter-Wellengenerator nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei die Regeleinheit (400) in einer elektronischen Steuerungseinheit des Inverter-Wellengenerators analog und/oder zumindest teilweise digital ausgeführt ist.
  24. System für einen Inverter-Wellengenerator nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei die Regeleinheit (400) eine selbstadaptive Funktion aufweist, wobei die Regeleinheit (400) neben den Eigenschaften des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) die Beschaffenheit, insbesondere die Leitfähigkeit und/oder den Durchsatz und/oder den Druck des Temperiermediums (2) und/oder den Elektrodenabstand der Elektroden (110), (120) und/oder die wirksame gegenüberstehende Elektrodenfläche der Elektroden (110), (120) und/oder die Düsenfläche der Düsen (151) und/oder den Austrittswinkel der Düsen (151), kontrolliert und über die Parameter-Steuersignale (p1) und/oder (p2) kontinuierlich Korrekturen vornimmt, indem erfolgreich und/oder nicht erfolgreich durchgeführte Parametereinstellungen und deren Ausgangssituation in einer Speichereinrichtung der elektronischen Steuerungseinheit des Inverter-Wellengenerators gespeichert werden und zu einem späteren Zeitpunkt mit höherer Priorität ausgewählt und optional bei Erfolg wieder gespeichert werden.
  25. Verfahren zum Betrieb eines Inverter-Wellengenerators in den folgenden Schritten: - Bereitstellen eines Inverter-Wellengenerators nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 19, wobei - ein Temperiermedium (2) in einem Primärkreislauf (300) bewegt wird, - dabei das Temperiermedium (2) im Primärkreislauf (300) einer Zelle (1), die eine erste Elektrode (110) und eine zweite Elektrode (120) umfasst, zugeführt wird, - an die Elektroden (110, 120) im direkten elektrischen Kontakt zum Temperiermedium (2) ein stimulierendes elektrisches Steuersignal us(t) angelegt wird, wodurch - das Temperiermedium (2) in der Zelle (1) zwischen den Elektroden (110, 120) einem elektrischen Feld ausgesetzt wird, welches die Teilchen des Temperiermediums (2) entsprechend seiner Polarität in ihrer Ausrichtung beeinflusst und dadurch die Temperatur Tetaist des Temperiermediums (2) im Primärkreislauf (300) verändert, - das Temperiermedium (2) im Primärkreislauf (300) dem Eingang eines Wärmetauschers (310) zugeführt wird und im Wärmetauscher (310) wenigstens teilweise thermische Energie an den Ausgang des Wärmetauschers (310) abgibt.
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