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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bewirken einer
Flüssigkeitsströmung in
porösen Materialien
und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Bewirken einer Flüssigkeitsströmung mittels
Elektroosmose.
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Metallverstärkter Beton
findet eine weit verbreitete Verwendung in der Bauindustrie, beispielsweise
als Wände,
Böden,
Säulen
eines Gebäudes,
freitragende Brückenlängen oder
Brückenzwischenpfeiler
und in vielen anderen derartigen Anwendungen. Gewöhnlich werden
Stahlverstärkungsstäbe verwendet,
um für
eine Metallverstärkung
von gegossenen Betonstrukturen zu sorgen, so dass eine Matrix bereitgestellt
wird, auf der das gegossene Material gebildet werden kann. Dies
erhöht
die Beständigkeit
gegen Zugspannungen des gegossenen Bauelements, da Beton unter Druck
fest ist, aber unter Spannung viel schwächer ist.
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Die
gegossenen Bauelemente werden gewöhnlich konstruiert, indem man
Metallverstärkungsstäbe an gewünschten
Orten innerhalb der angestrebten gegossenen Struktur zwischen einer
Verschalung anordnet und dann das Gussmaterial in einen Raum gießt, der
durch die Verschalung begrenzt wird, so dass es die Metallverstärkungsstäbe umgibt.
Beim Aushärten
des Gussmaterials werden die Metallverstärkungen starr in den gegossenen
Platten eingebettet.
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Obwohl
die Metallverstärkungen
gewöhnlich
fest in der gegossenen Struktur verbleiben, entstehen als Ergebnis
eines Eindringens von Wasser zu der Metallverstärkung häufig Probleme mit metallverstärktem Beton.
Ein derartiges Eindringen von Wasser ist im Lauf der Zeit ein Quelle
der Korrosion von Metallverstärkungen,
und die Bestandteile der Betonmischung können ebenfalls eine nachteilige
Auswirkung auf die Metallverstärkung
aufweisen. Dies kann ein Versagen der gegossenen Struktur zum Ergebnis
haben, was im Fall von Bauelementen sehr ernsthafte Konsequenzen
haben kann.
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Es
wurde vorgeschlagen, den Wassergehalt der Betonstrukturen mittels
Elektroosmose zu steuern. Es ist bekannt, dass in einer porösen Struktur
wie Beton die Wände
der Kapillaren mit einem elektrisch geladenen adsorbierten Wasserfilm,
der häufig
als elektrische Doppelschicht bezeichnet wird, bedeckt sind. Die
Elektroosmose beinhaltet, dass man ein elektrisches Feld auf einen
derartigen porösen
Körper
einwirken lässt,
was bewirkt, dass ein Teil der Doppelschicht die Neigung aufweist,
unter dem Einfluss des Feldes zu wandern, was wiederum bewirken
kann, dass ein Teil der freien Flüssigkeit in diesem Prozess
mit den Pulsen weggetragen wird. Dies kann zu einer signifikanten
Verringerung des inneren Feuchtigkeitsgehalts des porösen Körpers führen.
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Speziell
schlägt
das U.S. Patent 5 015 351 die Entfernung von Wasser aus porösen Baumaterialien vor,
indem eine gesteuerte zyklische Spannung an ein Elektrodensystem
angelegt wird, um die osmotische Wanderung von Wasser von einer
Anode, die innerhalb der Struktur angeordnet ist, zu einer Kathode
zu bewirken, die von der Struktur beabstandet ist, aber im elektrischen
Kontakt damit steht. Der Zyklus umfasst einen ersten Energiepuls
in einer Richtung, um eine osmotische Wanderung zu bewirken, gefolgt
von einem kürzeren
Puls der umgekehrten Polarität,
um der Bildung von isolierenden Gasfilmen entgegenzuwirken. Jedoch glaubt
man, dass das im U.S. Patent 5 015 351 vorgeschlagene Verfahren
keine zufriedenstellende Ergebnisse ergibt, wenn es bei metallverstärkten Betonstrukturen
verwendet wird.
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Im
U.S. Patent 5 368 709 wurde vorgeschlagen, die relative Feuchtigkeit
in Betonstrukturen zu steuern, indem man einer Anode eine Pulsfolge
zuführt,
die mit einem ersten negativen Puls erzeugt wird, gefolgt von einem
neutralen Intervall oder Intervall mit null Spannung, gefolgt von
einem positiven Puls, begleitet vom gleichzeitigen Zuführen einer
entsprechenden Pulsfolge mit umgekehrter Polarität an die Kathode, um die Feuchtigkeit
der Struktur zu steuern.
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Wenn
dieses Verfahren bei verstärkten
Betonstrukturen verwendet wird, tritt ein Spannungspotential an
dem Stahlwerk auf, das zu einer Anode wird, was eine rasche Korrosion
des Stahls verursacht (Fe → Fe2+ + 2e).
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Auch
weist ein festgelegtes Pulssystem nicht die Fähigkeit auf, mit Schwankungen
im Aufbau der verstärkten
Betonstrukturen umzugehen. Eine Kombination der Konstruktionsmasse
eines Strukturraums, des Betonvolumens und der Menge an Stahlwerk
darin, zusammen mit der Porengröße der Matrix,
erfordert die Flexibilität
einer variablen Pulsfrequenz.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung streben danach, die Nachteile des Standes
der Technik zu überwinden.
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Es
ist aus der EP-A-0 614 709 bekannt, ein Verfahren zur In-situ-Wiederaufbereitung
von verunreinigter Erde bereitzustellen, welches umfasst:
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- Bilden mindestens eines flüssigkeitsdurchlässigen Bereichs
in einem Bereich mit verunreinigter Erde;
- Einführen
von Material zur Behandlung von Verunreinigungen in dem Bereich
verunreinigter Erde in die flüssigkeitsdurchlässigen Bereichen,
um mindestens eine Behandlungszone innerhalb des Bereichs mit verunreinigter
Erde zu bilden; und
- Durchleiten von Gleichstrom durch den Bereich mit verunreinigter
Erde zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode
mit entgegengesetzter Ladung, wobei die erste Elektrode an einem
ersten Ende des Bereichs mit verunreinigter Erde angeordnet ist
und die zweite Elektrode am entgegengesetzten Ende des Bereichs
mit verunreinigter Erde angeordnet ist, um einen elektroosmotischen
Strom zwischen der ersten und der zweiten Elektrode zu bewirken.
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Aus
der GB-A-2 101 188 ist auch bekannt, eine Gebäude-Trennwand mit Feuchtigkeitsisolierung
bereitzustellen, die Wechselströme,
um die Trocknungsgeschwindigkeit und die feuchtigkeitsdämmende Durchdringung
zu erhöhen,
und eine Messung unter Verwendung elektroosmotischer Ausrüstung verwendet.
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In
der EP-A-401 519 ist auch eine Anordnung zur elektroosmotischen
Entwässerung
von porösen Strukturmaterialien
durch Anlegen einer Spannung an Elektroden, gefolgt von einer kurzen
Umkehrung der Polarität,
offenbart.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zum Bewirken einer Flüssigkeitsbewegung
in metallverstärkten
porösen
Materialien bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst, dass man
eine Reihe von Spannungspulsen zwischen einer ersten und zweiten
Elektrode angelegt, die mit Zwischenraum angeordnet sind und dazwischen
einen Bereich des porösen
Materials aufweisen, wobei jeder Spannungspuls einen ersten Abschnitt,
in dem eine elektroosmotisch aktive erste Potentialdifferenz zwischen
der ersten und zweiten Elektrode angelegt wird, um eine Flüssigkeitsbewegung
in dem Bereich des porösen
Materials zu bewirken, und einen zweiten Abschnitt umfasst, in dem
eine zweite Potentialdifferenz mit einer zu der ersten Potentialdifferenz
entgegengesetzten Polarität
zwischen der ersten und zweiten Elektrode angelegt wird; und eine Spannung
an eine Metallverstärkung
anlegt, die zumindest teilweise in dem Bereich des porösen Materials
angeordnet ist, um die Spannung der Metallverstärkung bezüglich des dazu benachbarten
porösen
Materials bei mindestens einem Teil der Reihe von Spannungspulsen
negativ zu machen.
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Die
Bereitstellung des ersten Abschnitts von jedem Puls ermöglicht,
dass eine Flüssigkeitsbewegung in
dem porösen
Material bewirkt wird, während
die Bereitstellung des zweiten Abschnitts mindestens teilweise der
Bildung von Gas oder anderen isolierenden Filmen an den Elektroden
(was zu einer Verschlechterung der elektrischen Leistung des Systems
führt und
einen geringen Betriebswirkungsgrad zur Folge hat) und/oder der Bildung
von Korrosionsprodukten entgegenwirkt. Indem man die Spannung der
Metallverstärkung
bezüglich des
dazu benachbarten porösen
Materials negativ macht, wird der weitere Vorteil der Verhinderung
oder Minimierung der Korrosion der Metallverstärkung bereitgestellt, die anderenfalls
als Ergebnis des Elektroosmoseprozesses stattfinden könnte.
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Vorzugsweise
ist das Verfahren ein Verfahren zur Steuerung der Feuchtigkeit in
einem metallverstärkten
Baumaterial, in dem die erste Potentialdifferenz positiv ist.
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Indem
die erste Potentialidfferenz positiv gemacht wird, kann das Verfahren
verwendet werden, um eine elektroosmotische Verringerung der Feuchtigkeit
innerhalb eines metallverstärkten
Baumaterials zu bewirken. Dies trägt dazu bei, die korrosive
Natur der Umgebung der Metallverstärkung zu verringern, während die
Korrosion der Metallverstärkung
als Ergebnis des Elektroosmoseprozesses minimiert wird.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
handelt es sich bei dem Baumaterial um Beton. Bei dem Verfahren
kann es sich um ein Verfahren zur Behandlung von Wasser handeln,
in welches das poröse
Material eingetaucht ist, und in dem die erste Potentialdifferenz
negativ ist, um die elektroosmotische Bewegung von Feuchtigkeit
durch das poröse
Material zu bewirken.
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Auf
diese Weise wirkt das poröse
Material als Filter, um Verunreinigungen aus dem Wasser zu entfernen.
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Vorzugsweise
handelt es sich bei dem Verfahren um ein Verfahren der Anhebung
des pH-Niveaus in dem Wasser.
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Jeder
der Pulse kann nach den zweiten Abschnitten ein dritten Abschnitt
umfassen, in dem eine dritte Potentialdifferenz mit einer Amplitude
zwischen derjenigen des ersten und des zweiten Abschnitts zwischen den
Elektroden angelegt wird.
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Es
wurde gefunden, dass die Bereitstellung eines derartigen dritten
Abschnitts den Vorteil aufweist, das System vor der Wiederholung
des ersten Abschnitts jedes Pulses zu stabilisieren.
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Die
Amplitude von jedem dritten Abschnitt kann etwa null sein. Bevorzugt
weisen der erste und/oder der zweite Abschnitt im wesentlichen rechteckige
Wellenformen auf.
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Die
erste Potentialdifferenz kann von etwa +40 V bis zu etwa –40 V variieren.
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In
diesem Fall ist die erste Potentialdifferenz etwa 80 V und unterscheidet
sich die Spannung, die an jede Elektrode angelegt wird, durch etwa
40 V vom Erdpotential.
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Dies
bringt den Vorteil der Verbesserung der Sicherheit des Systems mit
sich, indem die Abweichung vom Erdpotential der Spannung an jeder
Elektrode minimiert wird.
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Die
zweite Potentialdifferenz kann etwa –40 V betragen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die Spannung, die an die Metallverstärkung angelegt wird, in Form
einer Reihe von Pulsen angelegt.
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Indem
die Spannung der Metallverstärkung
bezüglich
des dazu benachbarten porösen
Materials mittels einer Reihe von Pulsen negativ gemacht wird, wird
die Menge an Stromfluss und so der Stromverbrauch des Systems minimiert.
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Die
Spannungspulse werden vorteilhaft nur während des ersten Abschnitts
jedes Pulses an der Metallverstärkung
angelegt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
weist jeder Spannungspuls einen Ein-Abschnitt und einen Aus-Abschnitt von
im Wesentlichen der gleichen Dauer wie der Ein-Abschnitt auf.
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Vorzugsweise
weist jeder Spannungspuls einen Ein-Abschnitt mit einer Dauer von
0,001 Sekunden bis etwa 1,0 Sekunden auf.
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Die
Dauer jedes dritten Abschnitts kann 0 bis etwa 200 % derjenigen
des ersten Abschnitts betragen.
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In
diesem Fall kann die Dauer des dritten Abschnitts etwa 1 % bis etwa
200 % der Dauer des ersten Abschnitts betragen.
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Die
Dauer jedes zweiten Abschnitts kann 0 bis etwa 90 % der Dauer des
ersten Abschnitts betragen.
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In
diesem Fall beträgt
die Dauer jedes zweiten Abschnitts vorzugsweise etwa 1 % bis etwa
90 % der Dauer des ersten Abschnitts.
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Das
Verfahren umfasst weiter vorteilhaft den Schritt der automatischen
Steuerung der Dauer und/oder Amplitude der Abschnitte als Ansprechen
auf die ermittelten Flüssigkeitsbedingungen
in dem porösen
Material.
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Dies
liefert den Vorteil, dass durch eine automatische Steuerung der
Amplitude und/oder Dauer der Abschnitte der Pulse durch irgendein
geeignetes Mittel, wie einen Mikroprozessor, als Ansprechen auf
die ermittelten Flüssigkeitsbedingungen
in dem porösen
Material der Wirkungsgrad des Systems maximiert werden kann.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung werden nun lediglich mittels Beispiel mit Bezug auf
die begleitende Zeichnung beschrieben, in der:
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1 eine schematische Darstellung
einer Elektrodenverbindung in einem verstärkten Betonblock in einem Verfahren
ist, das die vorliegende Erfindung verkörpert;
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2 ein Pulsdiagramm ist,
das eine Reihe von Pulsen, die an eine erste und eine zweite Elektrode und
eine Stahlverstärkung
angelegt werden, in einem Verfahren zeigt, das einen Aspekt der
vorliegenden Erfindung verkörpert;
und
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3 eine weitere Veranschaulichung
der Anordnung von 1 ist;
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4 eine schematische gechnittene
Aufsicht auf ein Bewässerungsverfahren
ist, das einen Aspekt der vorliegenden Erfindung verkörpert;
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5 eine geschnittene Aufrissansicht
eines Systems für
Grundwassersammlung ist, das einen Aspekt der Erfindung verkörpert;
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6 eine geschnittene Aufrissansicht
eines Bewässerungssystems
ist, das einen Aspekt der vorliegenden Erfindung verkörpert;
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Die 7a und 7b geschnittene Aufrissansichten von
Systemen zur Extraktion von Öl
durch Öl-tragende
Schichten sind, welche einen Aspekt der vorliegenden Erfindung verkörpern; und
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8 ein Pulsdiagramm ist,
das die Abwandlung der Pulslängen
mit der Abwandlung der Größe der Porenstruktur
zeigt.
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Nun
wird in Einzelheit auf 1 Bezug
genommen. Ein metallverstärktes
Betonbauelement 1 weist eine verstärkende Metallstruktur 2 auf,
die in Beton 3 eingebettet ist. Eine Reihe von positiven
ersten Elektroden 4 ist in einer Stirnfläche der
Betonstruktur 1 eingebettet und weist Abstände auf,
die durch die Parameter des speziellen Verfahrens festgelegt werden,
aber die Abstände
zwischen den Elektroden 4 wären typisch in der Größenordnung
von 5 bis 10 Meter.
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Eine
negative Elektrode 5 ist in der entgegengesetzten Stirnfläche der
Betonstruktur 1 eingebettet, so dass eine Potentialdifferenz,
die an den Elektroden 4, 5 angelegt wird, bewirkt,
dass ein elektrisches Feld über den
Bereich 6 des Betons 3 zwischen den Elektroden 4, 5 einwirkt,
so dass der Bereich 6 zumindest teilweise die Metallverstärkungsstruktur 2 einschließt.
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Zusätzlich ist
eine positive Elektrode 7 mit der Stahlverstärkung 2 verbunden,
und eine positive Spannung mit einer niedrigeren Amplitude als derjenigen,
die an die Elektroden 4 angelegt wird, wird an die Elektrode 7 angelegt.
Die Elektroden 4, 7 können von Graphit-Material umgeben
sein, um deren elektrische Leitfähigkeit
zu verstärken.
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Wie
in größerer Einzelheit
in 2 gezeigt, wird eine
Reihe von Pulsen (A) an die Elektroden 4 angelegt. Jeder
Puls (A) weist eine Dauer in der Größenordnung von etwa 0,1 ms
bis etwa 10 s auf und umfasst einen ersten Amplitudenabschnitt 8 in
der Größenordnung
von 40 Volt und einer Dauer von 0,1 ms bis 10 s, einen zweiten Amplitudenabschnitt 9 in
der Größenordnung
von –40
Volt und einer Dauer von 0,1 ms bis 10 s und einen dritten Amplitudenabschnitt 10 etwa
gleich dem Erdpotential und einer Dauer von etwa 0,1 s bis 10 s.
Gleichzeitig wird eine konstante negative Spannung (B) mit einer
Amplitude in der Größenordnung
von –40 V
an die Elektrode 5 angelegt. Während des ersten Abschnitts 8 besteht
deshalb eine große
positive Potentialdifferenz zwischen den Elektroden 4 und 5,
die ein elektroosmotisch aktives elektrisches Feld über den
Bereich 6 schafft, welches einen elektroosmotischen Flüssigkeitsstrom
in dem Beton 3 bewirkt, so dass negative Ionen (einschließlich Chloridionen)
sich auf die positiven Elektroden 4 zubewegen und Wasserstoffionen
zu der negativen Elektrode 5 angezogen werden. Als Ergebnis
bewirkt der erste Abschnitt 8 jedes Pulses, dass Feuchtigkeit
innerhalb des Betons auf ein Niveau der Größenordnung von 60 % bis 70
% verringert wird und dass die Menge an Chloriden, die zu der Korrosion
der Metallverstärkung 2 beitragen,
beispielsweise um bis zu 92 Gew.-% des Zements verringert werden.
Die pH-Werte in dem Beton 3 nehmen im Allgemeinen als Ergebnis
des ersten Abschnitts 8 der Pulse (A) auch typisch bis
zu einem Wert von 12,5 zu, aber ohne potentiell schädliche pH-Niveaus zu erzeugen.
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Gleichzeitig
wird eine Reihe von zerhackten negativen Spannungspulsen (C) während des
ersten Abschnitts 8 der Pulse (A) an die Metallverstärkung 2 angelegt.
Dies macht das elektrische Potential der Metallverstärkung 2 bezüglich des
benachbarten Betonbereichs 6 negativ, was die Neigung der
Metallverstärkung 2 zu
korrodieren verringert, welche anderenfalls während des ersten Abschnitts 8 der
Pulse (A) verstärkt
würde.
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Speziell
führt die
nachstehende Tabelle 1 einen Bereich von sechs Pulsschemata A bis
F auf, in der die erste bis dritte Spalte den ersten 8,
zweiten 9 bzw. dritten 10 Abschnitt des Pulsmusters
zeigt, das zwischen den Elektroden 4, 5 angelegt
wird, und die vierte Spalte die Dauer des Ein-Abschnitts der zerhackten
negativen Pulse darstellt, die an die Metallverstärkung 2 angelegt
werden. Der Aus-Abschnitt jedes Pulses weist im Allgemeinen die
gleiche Dauer auf wie der Ein-Abschnitt.
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Als
Ergebnis der Potentialdifferenz, die durch den ersten Abschnitt 8 der
Pulse (A) verursacht wird, wird die Elektrode 5, nachdem
das System einige Zeit in Betrieb war, mit einem Film aus Wasserstoffgas
bedeckt, was die elektrischen Eigenschaften des Systems beeinträchtigt und
einen niedrigeren Betriebswirkungsgrad zum Ergebnis hat. Durch Umkehrung
der Polarität
im zweiten Abschnitt 9 relativ zum ersten Abschnitt 8 wird
die Bildung von Gas oder anderen isolierenden Filmen der Elektroden 4, 5 entweder
verhindert oder auf ein annehmbares Maß verringert. Jedoch liegt,
da die Energieübertragung
des ersten Abschnitts 8 größer ist als diejenige des zweiten
Abschnitts 9, eine osmotische Netto-Energieübertragung
vor, was eine Netto-Verringerung der Feuchtigkeit des Bereichs 6 des
Betons 3 bewirkt.
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Es
wurde gefunden, dass der dritte Abschnitt 10 vorteilhafte
Auswirkungen bei der Nachstellung der Bedingungen innerhalb des
Betons 3 vor der Ankunft des ersten Abschnitts 8 des
nächsten
Pulses (A) aufweist.
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Um
die elektrischen Charakteristika des Systems zu verbessern, werden
die positiven Elektroden 4, 7 von einem mit Graphit
angereicherten Zement umgeben, während
die negative Elektrode 5 mit einer hoch zementhaltigen
Ausbesserungs verbindung bedeckt ist. Obwohl der Abstand zwischen
den positiven Elektroden 4 5 bis 10 Meter betragen kann,
wurde gefunden, dass ein besonders vorteilhafter Abstand im Zusammenhang mit
Baumaterialien 8 Meter beträgt, wohingegen der Abstand
in Systemen des Standes der Technik typisch in der Größenordnung
von 30 cm wäre.
Dies weist deshalb vorteilhafte Auswirkungen bei der Verringerung
der Zahl der Elektroden 4 auf, die erforderlich sind.
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Die
von dem System verwendete Strommenge ist ein Maximum, wenn das System
zuerst gestartet wird (d.h. wenn die Feuchtigkeit innerhalb des
Bereichs 6 des Betons 3 hoch ist). Wenn das System
einige Zeit betrieben worden ist, können die Parameter der Pulswellenformen
(A) und (C) angepasst werden. Demgemäß können die Feuchtigkeitsbedingungen
innerhalb des Betons 3 mittels geeigneter Sonden oder Messfühler (nicht
gezeigt) überwacht
werden, welche wiederum über
ein geeignetes Steuerungsmittel, wie einen Mikroprozessor, mit einem
Pulsgenerator (nicht gezeigt) zur Erzeugung der Wellenformen (A),
(B) und (C) verbunden werden können.
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Die
nachstehende Tabelle 2 zeigt die Pulsmuster von Tabelle 1, welche
die günstigsten
Ergebnisse über
eine vorbestimmten Bereich an relativer Feuchtigkeit in Beton verschiedener
Güten bereitstellen.
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Die
wirksamsten Pulsmuster zur Verwendung in:
| Ton | – A und
B |
| Sandstein | – B, C,
D und F |
| Erde | – C, D und
F |
| Sand | – C und
F |
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Während die
obige Ausführungsform
ein Verfahren zur Steuerung von Feuchtigkeit in einem stahlverstärkten Betonelement 1 und
dadurch die Steuerung der Korrosion desselben beschreibt, kann in
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung die Polarität
der an die Elektroden 4, 5 angelegten Spannungen
bezüglich der
in den 1 bis 3 gezeigten Anordnungen in
einem opferverstärkten
Betonblock, der in Wasser eingetaucht ist, umgekehrt werden. Das
Anlegen der Pulse (A) bis (C) bewirkt dann, dass sich Feuchtigkeit
mittels Elektroosmose durch den Betonblock bewegt, was zum Ergebnis
hat, dass der Betonblock als Filter wirkt und Verunreinigungen aus
dem Wasser entfernt und auch das pH-Niveau in dem den Betonblock
umgebenden Wasser erhöht.
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Das
Verfahren zur Entfernung von Verunreinigungen aus Wasser und/oder
zur Erhöhung
des pH-Niveaus von Wasser, wie oben beschrieben, kann zur Steuerung
der Verschmutzung von Wassermassen, z. B. Seen, angewendet werden.
Um das System so wirksam wie möglich
zu machen, wird die negative Elektrode so nahe wie möglich am
Körper
des Betonblocks angeordnet, der typisch eine Qualität von C25
bis C45 aufweist, und typisch werden Spannungspulse mit einer Amplitude
von 40 V bis 10 000 V angelegt. Wie es der Fachmann erkennt, kann
das Verfahren durch Ansprechen auf eine pH-Sonde, die in einiger
Entfernung von dem Betonblock angeordnet ist, reguliert werden,
und es wird auch in Betracht gezogen, das eine Stromversorgung aus
Solarzellen geliefert werden könnte.
Dies würde
ermöglichen,
dass das Verfahren an Orten verwendet wird, die von einem elektrischen
Netzanschluss entfernt sind.
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Nun
wird auf 4 Bezug genommen.
In dieser sind Teile, die mit denen der 1 bis 3 gemeinsam sind,
durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet. Ein Bewässerungssystem 20 umfasst
einen Brunnen 21, der in Erde 23 vorgesehen ist,
und eine langgestreckte negative Elektrode 5 ist vertikal
in dem Brunnen 21 angeordnet. Eine Reihe von vertikal angeordneten
langgestreckten positiven Elektroden 4 ist bei allgemein
im gleichen Winkel beabstandeten Zwischenräumen um den Umfang eines Kreises
angeordnet, in dessen Zentrum die negative Elektrode 5 angeordnet
ist, und benachbarte positive Elektroden 4 sind mittels
EPDM-Kabeln 23 miteinander verbunden. Der Abstand zwischen
den benachbarten positiven Elektroden 4 hängt von
einer Anzahl von Faktoren ab, einschließlich des elektrischen Widerstands
der Erde und deren Kapillarporengröße. Je höher der elektrische Widerstand
ist oder je größer die
Porengröße ist,
desto kürzer
ist die Entfernung zwischen den Elektroden und beträgt typisch
zwischen 1 und 30 Metern. Jede der positiven Elektroden 4 besteht aus
einem langgestreckten Stab, der eine aktive Elektrode bildet, so
dass Spannungen mit einer Amplitude, die mit der Tiefe unterhalb
der Erdoberfläche
zunimmt, an die Elektroden 4 angelegt werden können.
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Wenn
eine Pulsreihe mit einer Form, die derjenigen der in 2 gezeigten Reihe (A) ähnlich ist,
an die positiven Elektroden 4 angelegt wird, während eine
Spannung mit konstanter Amplitude an den negativen Elektrodenstab 5 angelegt
ist, wird durch Elektroosmose eine Wanderung von Feuchtigkeit in
der Erde bewirkt, wie allgemein in 6 veranschaulicht.
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Nun
wird auf 5 Bezug genommen.
Das Verfahren von 4 kann
angepasst werden, um Wasser aus einem Bereich der Erde in einem
Wassersammlungspunkt 25 zu sammeln. Wie es der Fall in
dem in 4 gezeigten System
ist, umfasst jede positive Elektrode 4 einen langgestreckten
Stab 26 mit benachbarten Spannungsanlegungsbereichen 27,
so dass Spannungen mit einer Amplitude, die mit der Tiefe unter
der Erdoberfläche
zunimmt, an die Elektroden 4 angelegt werden können. Die
Amplitude des Spannungspulses ist in der Größenordnung von 40 V bis 100
000 V. Wenn eine Pulsfolge, die eine Form aufweist, welche der in 2 gezeigten Reihe (A) allgemein ähnlich ist,
an die Elektroden 4 angelegt wird, wandern Wassermoleküle in der porösen Erde
zum Wassersammlungspunkt 25, wie durch Pfeile D gezeigt.
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Wie
aus den 5 und 6 ersichtlich ist, neigt
Wasser, wenn die oben beschriebenen Pulsreihen zwischen den positiven
Elektroden und der negativen Elektrode angelegt werden, dazu, direkt
von den positiven Elektroden zu der negativen Elektrode zu wandern.
Jedoch gibt es, da die unteren Bereiche jeder positiven Elektrode
eine positive Polarität
relativ zu dem benachbarten Teil jeder Elektrode aufweisen, auch
eine Tendenz, dass Wasser im Bereich jeder positiven Elektrode 4 nach
oben wandert. Die Vorsehung von positiven Elektroden mit Spannungen
mit einer Amplitude, die mit der Tiefe unterhalb der Oberfläche zunimmt,
dient so dem doppelten Zweck, eine Wasserwanderung nach oben zu
unterstützen,
während
die Sicherheit erhöht
wird, indem diejenigen Teile der positiven Elektroden 4,
die an die Erdoberfläche
angrenzen, eine niedrigere Spannung aufweisen. Der Fachmann erkennt,
dass die in den 5 und 6 gezeigten Verfahren auf
ein Verfahren angewendet werden können, in dem Wasser zu Ton
oder Erde mit einem hohen Tongehalt hinzugefügt oder daraus entfernt werden
kann. Wie es der Fachmann erkennt, kann durch eine geeignete Abwandlung
des mit Bezug auf die 5 und 6 gezeigten Verfahrens Wasser
veranlasst werden, sich weiter nach unten in die Erde weg von einer
Baustruktur oder einem Erdbereich, der zu nass ist, zu bewegen.
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Nun
wird Bezug auf die 7a und 7b genommen. Ein Untermeeres-Ölquellensystem umfasst einen Bohrlochkopf 30,
Rohrleitungen 31, die daran angeschlossen sind, und eine
Sammlungsbereich 32 am Ende der Rohrleitungen 31,
entfernt vom Bohrlochkopf 30. Eine Reihe von positiven
Elektroden 4 in Form von langgestreckten Stäben 26, ähnlich den
in den 4 und 6 gezeigten, ist an beabstandeten
Orten angeordnet, welche vom Seebett 33 durch eine Mineralschicht 34 zu
einer Öl-tragenden
Schicht 35 führen.
Eine negative Elektrode 5 in Form eines ähnlichen
langgestreckten Stabs reicht vom Seebett durch die Mineralschicht 34 zu der Öl-tragenden
Schicht 35, so dass der Sammlungspunkt 32 am unteren
Ende der Elektrode 5 angeordnet ist.
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Öl ist eine
nicht leitende Flüssigkeit
und kann deshalb nicht direkt mittels eines osmotischen Systems, wie
oben beschrieben, bewegt werden. Jedoch kann natürliches Grundwasser in der Öl-tragenden
Schicht mittels einer Spannungs puls-Reihe mit einer Form, die der
in 2 ähnlich ist
und zwischen den positiven Elektroden 4 und der negativen
Elektrode 5 angelegt wird, bewegt werden. Eine derartige
Bewegung des Grundwassers bewirkt die Bewegung von Öl, das in
der Porenstruktur der Öl-tragenden
Schicht 35 eingeschlossen ist, mit dem Ergebnis, dass Öl zu dem
Sammlungsbereich 32 wandert, wie durch Pfeile E gezeigt,
und eine derartige Sammlung in einem einzigen Bereich erleichtert
deshalb die Förderung
des Öls
zum Bohrlochkopf 30.
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7b zeigt ein System, das
dem von 7a ähnlich ist,
in dem aber das Ölfördersystem
nicht am Meeresboden angeordnet ist.
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Schließlich zeigt 8, wie die Länge des
ersten, zweiten und dritten Abschnitts der Pulse, die zwischen den
positiven Elektroden 4 und der negativen Elektrode 5 angelegt
werden, bezüglich
der Länge
variiert, abhängig
von der Größe der Porenstruktur
des porösen
Materials, in dem die Flüssigkeitsbewegung
bewirkt werden soll. Es kann deshalb gesehen werden, dass höhere Pulsfrequenzen
für kleinere
Porengrößen geeignet
sind. Das System der Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung kann deshalb durch irgendein geeignetes
Mittel, wie einen Mikroprozessor, gesteuert werden, um die optimale
Pulsform und/oder -frequenz aufrechtzuerhalten.
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Der
Fachmann wird anerkennen, dass die obigen Ausführungsformen lediglich mittels
Beispiels und nicht in irgendeinem beschränkenden Sinn beschrieben worden
sind und dass verschiedene Abwandlungen und Abänderungen möglich sind, ohne vom Bereich
der Erfindung abzuweichen, wie er durch die beigefügten Ansprüche definiert
ist.
