WO2020048832A1 - 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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    • H05B6/46—Dielectric heating
    • H05B6/60—Arrangements for continuous movement of material

Definitions

  • Inverter wave generator for tempering water and process for
  • the present invention relates to an inverter wave generator with a cell for tempering a tempering medium, which comprises dipolar particles, and a housing with at least one inlet opening and at least one outlet opening for the tempering medium. Furthermore, the present invention comprises a method for tempering a tempering medium such as water.
  • a base In water, the property of a base is shown by the formation of OH ions. At the same time, H 3 O ions are formed in water, a property of an acid.
  • a pH value indicates the concentration of the H 3 O + ions in water. Pure water has a pH of 7 and will referred to as neutral.
  • a pH value range for water from 6.91 to 7.09 is assumed to be neutral, a pH value range from 1 to 6.90 to be acidic and a pH value range from 7.1 to 14 to be basic.
  • Water consists of a collection of H 2 0 molecules. These water molecules are polarized, which means that they are charged differently at different ends. One end is positively charged, the other is negative. The water molecule forms a known V-shaped electrical dipole.
  • the different charges create attractive forces between neighboring water molecules, so-called hydrogen bonds. They attract each other electrically.
  • Such clusters can consist of many hundreds to thousands of water molecules and they each form their own arrangement.
  • the information content of the medium water manifests itself in a pattern of how the water molecules connect to each other and form clusters.
  • the cluster structure of the medium water can be changed informally by swirling processes by at least partially shifting or by dissolving the clusters.
  • the medium water has a memory and can transport information. A kind of “imprint” of substances and vibrations that have come into contact or act on them is therefore permanently to unstable stored in water.
  • EP 1 875 140 B1 A device for generating thermal energy from water (H2O) is disclosed in European patent EP 1 875 140 B1.
  • EP 1 875 140 B1 relates to a heat generator for heating a fluid with a housing made of a dielectric material comprising a housing jacket, a housing base and a housing cover at least one inlet opening and at least one outlet opening for the fluid.
  • At least one anode and at least one cathode are arranged at a distance from one another in the housing.
  • the at least one anode and the at least one cathode are each electrically conductively connected to one pole of at least one pulse generator.
  • a heating system comprises at least one delivery device for a first fluid, at least one heat generator for heating the fluid, at least one heat exchanger in which the heat generated is transferred from the fluid to another fluid, the use of the heat generator for heating a building, and a method for operation of the heat generator for heating a fluid consisting of dipolar particles, such as molecules or molecular clusters, after which the fluid in the heat generator is exposed to an electric field and its particles are aligned according to their charge, the particles being additionally subjected to voltage pulses.
  • dipolar particles such as molecules or molecular clusters
  • the present invention solves this problem by an inverter wave generator for tempering a tempering medium comprising dipolar particles according to the features of independent claim 1 and a method for tempering a tempering medium comprising dipolar particles according to the features of independent claim 26.
  • the temperature control medium The temperature control medium
  • the dipolar temperature control medium used in the inverter wave generator is based on hydrogen hydrogen.
  • the dipolar temperature control medium is temperature controlled in a cell of the inverter wave generator.
  • the temperature control medium comprises, for example, water, particularly advantageously specially prepared neutral water, which can optionally be enriched with additives.
  • the water used as an example is referred to as the temperature control medium.
  • other fluids with dipolar hydrogen bonding as the temperature control medium are also possible.
  • the conductivity of the water used as the temperature control medium has values in the range from 0.055 pS / cm to 200 S / m.
  • the stimulating effect of the electric field on the electrical dipoles of the temperature control medium mainly acts, while an electrical ion current does not take place or only takes place slightly.
  • a largely gas-free temperature control or a temperature control with more or less strong gas formation is alternatively achieved.
  • the invention alternatively and fundamentally has the following exemplary embodiments of the value ranges for the electrical conductivity of the temperature control medium:
  • a change in the conductivity in the temperature control medium is used to simulate a defined conductivity via a conductivity metering pump and exchange device, in which the temperature control medium is at least partially sucked off in a primary circuit and / or water with a conductivity of 0.055 pS / cm to 500 pS / cm, in particular 0.1 pS / cm to 100 pS / cm and advantageously 10 pS / cm to 50 pS / cm, is supplied from tank containers suitable for these fluids or a treatment device arranged outside the device of the inverter wave generator, with values from 20 pS / cm to 30 pS / cm in synergy with other parameters according to the invention have proven to be particularly advantageous.
  • a largely pH-free temperature control of the temperature control medium can be adjusted by changing the pH value in the temperature control medium using a metering pump by at least partially sucking off the temperature control medium in the primary circuit carrying the temperature control medium and / or neutral water with a pH value of 6 , 91 to 7.09 is supplied from a suitable tank container or a processing device arranged outside the device of the inverter shaft generator.
  • This exemplary embodiment advantageously uses the stimulating effect of the electrical field on the electrical dipoles. Tempering with more or less strong gas formation
  • a defined conductivity can be adjusted via the conductivity metering pump and the exchange device by at least partially sucking off the temperature control medium in the primary circuit and / or water with a conductivity in the range of 0 , 05 S / m to 200 S / m, in particular 0.05 S / m to 5 S / m and advantageously 0.05 S / m to 0.5 S / m each arranged outside of the device of the inverter wave generator for this Fluid is supplied to suitable tank containers.
  • a defined pH value is adjusted via a metering pump by at least partially sucking off the temperature control medium in the primary circuit and / or neutral water with a pH value of 6. 91 to 7.09 is supplied and / or acid with a pH of 1 to 6.90 and / or alkali with a pH of 7.1 to 14 each arranged outside the device of the inverter wave generator for this Fluid is supplied to suitable tank containers.
  • this exemplary embodiment advantageously uses the stimulating effect of the ions rubbing against the clusters of the temperature control medium during movement. Furthermore, with the strength of the ion current, increasing gas formation at the electrodes of the cell can advantageously be used to generate energy by recombining the gas in the cell, in the primary circuit or in a separate part of the primary circuit with water, and the resulting energy to increase the Efficiency of the inverter wave generator is supplied to the temperature control medium.
  • the inverter wave generator comprises a cell for temperature control of the temperature control medium, which advantageously has means for generating a static pressure, such as pressure maintaining means, and / or means for generating a dynamic pressure difference, such as an electrically, hydraulically or pneumatically operated pump, and / or can be moved via an arrangement for supporting convection by means of temperature differences in such a way that the temperature control medium enters the cell under pressure, is excited there with a stimulating electrical control signal us (t) according to the invention, and continues to move into a circuit for recombination after exiting the cell and then fed to the cell again to excite the temperature control medium.
  • a stimulating electrical control signal us (t) according to the invention
  • the temperature control medium advantageously passes through the input of a heat exchanger and exchanges its thermal energy with a secondary circuit by raising (heating) or lowering (cooling) the temperature level of the secondary circuit.
  • the secondary circuit can be a gas, such as, for example, a room air flowing past the heat exchanger, a liquid fluid or a gaseous fluid, which is used in pipes inside a building or a system for heating and / or cooling.
  • the means for generating a static pressure and / or a dynamic pressure difference can preferably be designed to be intermittently controllable in order to control a phase of higher static pressure or a higher pressure difference with a phase of lower static pressure or a lower pressure difference in succession in a defined sequence .
  • the cell can comprise two electrodes between which the temperature control medium can be excited when it passes through the cell by an electric field which can be generated by the stimulating electrical control signal us (t) connected to the electrodes.
  • the electrodes comprise electrically conductive material.
  • the temperature control medium is in direct, that is to say in electrically conductive, galvanic contact with the electrodes of the cell.
  • at least the surface of the electrodes advantageously comprises electrically conductive material with high corrosion resistance, such as, for example, stainless steel, silver, gold, platinum or the like. Alternatively, the transfer of an electrical field capacitively to the temperature control medium via insulated electrodes respectively.
  • Insulation of the electrodes from the temperature control medium can advantageously include acid or alkali-resistant electrically non-conductive material such as plastic, rubber, glass or ceramic or the like.
  • electrodes and / or electrode coatings which partially comprise electrically conductive material with a defined specific electrical resistance, such as ceramic composite materials or carbon composite materials or metal foam, for example an optional at least partial coating or an at least partial incorporation of gel-containing material is possible, so that a partially electrically conductive and partially capacitive transmission of the electrical field from the electrodes to the temperature control medium is made possible.
  • the surface of the electrodes which is effective between the electrodes and which is effective for the electric field hereinafter also referred to as the electrode surface, and / or the mean distance between them is optionally advantageously variable.
  • the electrode area effective for the electrical field and / or its average distance is advantageously controlled in a control unit of the inverter wave generator by a controller as a function of a control deviation.
  • the electrodes are connected to the poles of an electrical signal source, which emits the stimulating electrical control signal us (t) to the electrodes of the cell.
  • the oscillation of the molecules or clusters of the temperature control medium can be changed in the cell of the inverter wave generator by means of a frequency or different frequencies of the stimulating electrical control signal us (t).
  • a change in the molecular movement changes the friction that occurs during the relative movement to one another, thereby generating more heat (heating) or less heat (cooling).
  • the primary goal is to raise the heat in a temperature control medium from a lower temperature level to a higher temperature level.
  • the system can thus be used as the primary heat source. Since a higher energy yield compared to the supplied energy is achieved (efficiency> 1.0 or> 100%), this type of heating is efficient.
  • An optional goal is to bring about a reduction in the thermal movement of the molecules by shifting the composition of the amplitude spectrum of the frequency components of the stimulating control signal and thus to carry out a heat reduction, that is to say cooling.
  • the temperature change can take place in the temperature control medium by generating and applying at least one defined amplitude and frequency of the stimulating electrical control signal us (t) applied to the electrodes of the cell of the inverter wave generator.
  • the stimulating electrical control signal us (t) applied to the electrodes of the cell of the inverter wave generator comprises a defined ET nipolarity without a change in polarity or a defined bipolarity with a change in polarity and / or optionally at least partially a defined bipolarity with an at least partial Change of polarity.
  • the device according to the invention comprises polarity-neutral electrodes, which can optionally be controlled with at least partially changing electrical polarity of the stimulating control signal, instead of a defined polarity, as in the prior art, with an “anode” that is exclusively positively controlled with respect to a “cathode”.
  • the wrapping of the temperature control medium for guidance in the primary circuit within pipes, pumps and the cell comprises either an electrically conductive material such as steel, in particular stainless steel, brass, bronze, copper, aluminum or an alloy with at least these components, carbon-containing material, for example carbon-fiber-reinforced plastic and / or electrically non-conductive material such as plastic, silicone, rubber, glass, ceramic, fiber reinforced plastic, for example glass fiber reinforced or electrically insulated carbon fiber reinforced plastic.
  • the stimulating electrical control signal us (t) is generated by an analog signal source and / or a digital signal source.
  • several frequency-spectral components of the stimulating electrical control signal us (t) are generated by generating non-sinusoidal periodic voltage curves with, for example, periodic pulse-shaped, rectangular, sawtooth-shaped, triangular-shaped curves or with other periodic curves
  • the subsequent filtering out of the suitable frequency components with a defined amplitude and frequency of the periodic stimulating electrical control signal us (t) applied to the electrodes of the cell of the inverter wave generator is carried out by at least one optional filter.
  • the stimulating electrical control signal us (t) applied to the electrodes of the cell of the inverter wave generator optionally comprises a defined unipolarity with no change in polarity or optionally a defined bipolarity with a change in polarity or optionally at least partially a bipolarity comprising a constant component and at least a partial change in polarity.
  • the repetition frequency of the periodic stimulating electrical control signal us (t) is, according to the invention, between 0.1 Hz and 10 kHz.
  • the pulse width of the periodic electrical control signal is in the range between 0.2 ps and 8 s.
  • the amplitude-frequency spectrum of the periodic stimulating electrical control signal us (t) has spectral components in the range from 0.1 Hz to 10 MHz and optionally a constant component.
  • the minimum rise time of the periodic stimulating electrical control signal us (t) is more than 0.01 ps, preferably more than 0.1 ps and the minimum fall time of the periodic stimulating electrical control signal us (t) is more than 0.01 ps, preferably more than 0.1 ps.
  • At least one sinusoidal individual signal component with a defined frequency and amplitude is advantageously generated by synthesis in individual signal generators.
  • sinusoidal individual signal components with a defined frequency and amplitude and phase position can advantageously be mixed in a mixing device of the device, the result of the mixing process being a stimulating electrical control signal which has defined frequencies, amplitudes and phase positions of the spectral components to one another.
  • the stimulating electrical control signal us (t) applied to the electrodes of the cell of the inverter wave generator can optionally have a defined unipolarity without a change in polarity or optionally a defined bipolarity with a change in polarity or optionally at least a partial bipolarity, the control signal includes a DC component and at least a partial change in polarity.
  • the repetition frequency of the periodic stimulating electrical control signal resulting after the mixing process is preferably between 0.1 Hz and 10 kHz.
  • the pulse width of the periodic stimulating electrical control signal us (t) is preferably in the range between 0.2 LIS and 8 s.
  • the amplitude-frequency spectrum of the periodic stimulating electrical control signal us (t) preferably has spectral components in the range from 0.1 Hz to 10 MHz and optionally a constant component.
  • the minimum rise time of the periodic stimulating electrical control signal us (t) is more than 0.01 iis, preferably more than 0.1 LIS and the minimum fall time of the periodic stimulating electrical control signal us (t) is more than 0.01 ps, more preferably Way more than 0.1 us.
  • a change in the polarity of the stimulating electrical control signal us (t) or an at least partially changing polarity in the electrical control signal us (t) can advantageously increase the efficiency because the dipoles of the temperature control medium are reversed in their geometrical orientation, instead of alternately stronger in one direction or to become weaker.
  • gas formation of the temperature control medium on the electrodes can optionally be reduced or prevented.
  • the stimulating control signal can be processed in an amplifier and optionally via a transformer with a rectifier or without a rectifier with regard to electrical voltage amplitude and available signal power or the source impedance, before it is sent to the electrodes of the inverter cell as a stimulating electrical control signal us (t) - Wave generator is created.
  • a DC component (offset) can be added in the amplifier in order to shift the signal by a defined equivalent value.
  • the advantageous peak-to-peak value of the electrical voltage amplitude of the stimulating electrical control signal us (t) depends on the respective electrode distance, on the electrode surface and on the respective conductivity of the temperature control medium.
  • Advantageous examples of a combination of regions of the electrode spacing, the electrode area, the conductivity and the peak-to-peak value of the electrical voltage amplitude are dependent on a defined output power of the signal source, the electrode spacing influencing the region of the conductivity and the peak-peak in a directly proportional manner -Value of the electrical voltage amplitude and the electrode area influence inversely proportional the range of conductivity.
  • a plurality of cells and wave generators can be arranged in series or in parallel in a cascaded manner in the primary circuit in order to increase the power which can be output to the secondary circuit of the system or the building .
  • several primary circuits of, optionally also locally distributed, several inverter shaft generators can act on a common secondary circuit via several heat exchangers, in order to increase the performance of temperature control in a system or temperature control in a building.
  • the efficiency of the inverter wave generator is determined by the ratio of the thermal heat energy withdrawn to the electrical control energy required for this purpose of the stimulating electrical control signal us (t), taking into account all the frequency components contained therein and, if appropriate, the DC component.
  • the efficiency achieved with the device according to the invention is over 100%, i.e. it is greater than 100 percent.
  • the exact matching of the amplitude and the frequency band of the stimulating electrical control signal us (t), which is generated by the signal source, is defined by manual adjustment and / or optionally by means of an analog control unit and / or a digital control unit, and in a digital embodiment with an associated
  • the output signal of a function signal generator within the signal source advantageously forms the input signal of the amplifier, which processes the stimulating electrical control signal with regard to electrical voltage amplitude and available signal power or the source impedance and optionally with the addition of a DC component (offsets).
  • the output signal of the amplifier is either applied directly to the electrodes of the cell of the inverter wave generator or translated as voltage across the transformer in accordance with the transformation ratio of the transformer windings stimulating electrical control voltage us (t) applied to the electrodes of the cell of the inverter wave generator.
  • the optional rectifier and / or an optional DC voltage source for generating a defined offset can preferably be arranged on the secondary side of the transformer.
  • Tracking the amplitudes within the frequency band of the electrical control voltage of the stimulating control signal us (t) and / or the parameters of a controlled system can be a prerequisite for the effective functioning of the system.
  • the current temperature of the temperature control medium in the primary circuit, the electrical energy supplied to the cell in a defined measurement period, the thermal energy given off in the defined measurement period and from this the current efficiency, as well as the conductivity and / or the pH, Value can be determined.
  • the optimum values for the temperature and / or the optimal values for the efficiency are digitally recalculated in terms of control technology and / or adjusted analogously and adapted to the current conditions. This creates a constant control process in the temperature control medium circuit.
  • the software is optionally and advantageously programmed so that the controller optimizes itself in a self-learning manner.
  • the method is combined with frequency generation, amplitude control and / or phase control and / or filtering and / or electrode spacing and / or electrode area and / or throughput and / or pH value and / or conductivity and / or the static pressure of the temperature control medium and / or the dynamic pressure of the temperature control medium and / or the control of nozzles of a nozzle plate.
  • the parameter settings of the controlled system can be adjusted according to the current temperature of the temperature control medium and / or the current efficiency and the result can be used as an electrical control voltage of the stimulating electrical control signal us (t) and / or as a specification for the electrode spacing and / or as a specification for the Electrode area and / or as a specification for the throughput and / or as a specification for the pH value and / or as a specification for the conductivity and / or as a specification for the static pressure of the temperature control medium and / or as a specification for the dynamic pressure of the temperature control medium and / or as a specification of the area of the nozzles of the nozzle plate and / or as Specification of the exit angle of the nozzles of the nozzle plate of the cell and the primary circuit are supplied.
  • the processor-controlled digital signal source and / or the controllable analog signal source generates the stimulating electrical control signal us (t) in a controlled manner, preferably by means of digital control by software in the digital control unit and / or by means of a control method in the analog control unit, optionally on the basis of a self-adaptive one Software.
  • the stimulating electrical control signal us (t) can advantageously be generated by the digital signal source using a digital signal processor, on which the digital control, controlled by a computer program, also runs and which is stored in a memory unit in the inverter wave generator can.
  • the generation and control can also be carried out by analog means in a further exemplary embodiment.
  • control unit can monitor the current temperature of the temperature control medium with a temperature sensor or with several temperature sensors, and the electrical energy absorbed and the thermal energy emitted can be determined.
  • the current efficiency can be determined from the quotient.
  • a defined efficiency also known as COP (Coefficient of Performance), and / or a defined temperature can be aimed for as a setpoint.
  • the efficiency Eta of the device can be determined by the ratio of the thermal energy Eab taken from the primary circuit to the electrical control energy Ezu required for the cell and the stimulating electrical control signal us (t) taking into account all frequency components:
  • Eta Eab / Ezu
  • the energy released can be determined via the temperature change DeltaTeta [Kelvin] achieved at a defined mass mM [grams] of the temperature control medium and, in the case of water, from the specific heat capacity according to the following relationship
  • Eab mM * DeltaTeta * 4.19 [Ws] can be determined.
  • the specific heat capacity can vary according to pressure and temperature. If another dipolar fluid is used as the temperature control medium, its specific heat capacity should be used.
  • the efficiency is determined, taking into account the thermodynamic characteristics of other heat capacities of the components in the primary circuit, for example the pipes, the pipe assembly, one or more pumps, the sensors, the pressure compensation tank, the gas volume of an interior in a closed system , the housing when the system is closed and optionally the heat exchanger and optionally the heat capacities of the components of the secondary circuit.
  • other heat capacities of the components in the primary circuit for example the pipes, the pipe assembly, one or more pumps, the sensors, the pressure compensation tank, the gas volume of an interior in a closed system , the housing when the system is closed and optionally the heat exchanger and optionally the heat capacities of the components of the secondary circuit.
  • the efficiency is optionally determined with the additional inclusion of thermodynamic parameters of the heat transfer resistances of components in the primary circuit, such as the pipes, the pipe assembly, one or more pumps, the sensors, the pressure expansion tank, the gas volume of an interior in a closed system, the housing closed system and optionally the heat exchanger and optionally the components of the secondary circuit to a room surrounding the system.
  • components in the primary circuit such as the pipes, the pipe assembly, one or more pumps, the sensors, the pressure expansion tank, the gas volume of an interior in a closed system, the housing closed system and optionally the heat exchanger and optionally the components of the secondary circuit to a room surrounding the system.
  • the electrical energy supplied can be measured using a power measuring device with a bandwidth of 0 Hz (DC) up to 10 MHz (AC) to include all harmonic components from the measured active control power Pzu [W] and the defined measurement duration t [seconds] in which the output Thermal energy Eab generated with the supply of electrical energy Ezu can be determined.
  • the detection of the supplied electrical energy Ezu can therefore take into account the direct component, the fundamental wave and all harmonic components of the supplied control active power Pzu [W] approximately according to the relationship
  • the control unit can monitor the current temperature of the temperature control medium in the primary circuit with a temperature sensor or with several temperature sensors and / or use a probe for heat counting to determine the energy given off to the temperature control medium.
  • a predetermined temperature and / or a predetermined efficiency can be aimed for.
  • the temperature Tetaist continuously determined in this way and / or the continuously determined efficiency Etaist can represent the actual values for the controller.
  • the temperature of the temperature control medium in the primary circuit is optionally recorded at several points in the primary circuit.
  • the individual temperatures are prepared by calculation and forwarded to the controller either as a temperature value or as a temperature difference for further evaluation of the temperature Tetaist in the primary circuit.
  • the temperature is advantageously measured at the entrance to the cell and at the exit of the cell. From the two temperature values, for example positive or negative temperature difference caused by the cell can be used as a criterion for the actual value Tetaist for the controller.
  • a weighted value for example the mean value of the two temperature values before the cell and after the cell, can be used as the criterion Tetaist for the actual value for the controller.
  • temperature values in the primary circuit can optionally be weighted as a criterion for the actual value Tetaist for the controller.
  • the value for the efficiency Etasoll can provide the setpoint specifications for the controller. Both sizes are advantageously processed, for example, by a decentralized control for multi-size systems. Alternatively, other control concepts are possible.
  • control deviation di or d 2 The difference between the setpoint and actual value is provided by the control deviation di or d 2 . This can be the criterion for the control of the controlled system by a
  • Form regulator component n and / or regulator component r 2 Form regulator component n and / or regulator component r 2 .
  • the controlled system can change the parameter settings based on the controlling specifications via a parameter control signal pi of the controller component n and / or via a parameter control signal p 2 of the controller component r 2 .
  • the control unit with or without self-adaptive function of the control unit can, in addition to the properties of the stimulating electrical control signal us (t), the conductivity and / or the pH, the nature and / or the throughput and / or the static pressure and / or the dynamic Control the pressure of the temperature control medium in the primary circuit and / or the electrode distance and / or the electrode surface and / or a nozzle setting of the nozzles of the nozzle plate and make continuous corrections.
  • the stimulating electrical control signal us (t) the conductivity and / or the pH
  • the nature and / or the throughput and / or the static pressure and / or the dynamic Control the pressure of the temperature control medium in the primary circuit and / or the electrode distance and / or the electrode surface and / or a nozzle setting of the nozzles of the nozzle plate and make continuous corrections.
  • the cell of the inverter wave generator can be controlled successively and self-learning with the optimal frequency spectrum and the optimal amplitude mix and / or, due to the self-adaptive function of the regulator, with an electrode actuator for adjusting the electrode spacing and / or make corrections to the electrode surface and / or with a nozzle plate actuator for adjusting the nozzle surface and / or the nozzle outlet angle with respect to the nozzle plate.
  • the signal source generates a signal with a defined harmonic spectrum, for example a pulse-shaped signal with a defined unipolarity and with a defined frequency, pulse width, edge steepness and amplitude and / or an at least partially bipolar pulse-shaped signal with a defined frequency, pulse width , Slope and amplitude and optionally an analysis by filtering to extract and forward defined frequency and amplitude components with a defined phase relationship to each other.
  • the fundamental frequency and the harmonics of the stimulating electrical control signal us (t) at the electrodes of the cell can be in a frequency range from 0 Hz to 10 MHz.
  • the generation and optionally the filtering in the at least one optional filter can take place in an analog and / or digital manner.
  • the individual signal values are available as time-discrete digital time-dependent variables which are calculated by a processor which is controlled by a computer program stored in the device.
  • the individual digital signal quantities can each represent a signal with a defined time curve of the signal amplitude and its derivatives.
  • the signal can thus follow a defined function and its derivatives depending on the time, for example a rectangle, pulse, triangle, saw tooth or other periodic course.
  • the calculation of the filter coefficients and the calculation of the resulting signal shape after the filter process are advantageously carried out in the processor of the device.
  • This signal form contains the frequency spectrum defined by the controller component n and / or controller component r 2 with respect to the respective frequency, amplitude and phase position.
  • a DC component can be added permanently or temporarily for a defined period in order to partially shift the signal into the positive or negative range, for example to compensate for any undesired DC components or by to add a DC component to the stimulating control signal.
  • the result is converted in a digital to analog (D / A) converter from the digital value into an analog signal and fed as a control signal to the electrodes of the cell of the inverter wave generator or optionally to the input of the analog amplifier, which outputs the signal in electrical amplitude and processed power and so either directly or via the transformer as a stimulating electrical control signal us (t) passes on to the electrodes of the cell of the inverter wave generator.
  • D / A digital to analog
  • the signal can be generated, for example, by the functionally or alternatively controllable function signal generator.
  • the analog or digital optional filters with or without means for setting the filter characteristics can be connected in series.
  • the analog signal is fed to the input of the analog amplifier which can be controlled with regard to the amplification and which processes the signal in electrical amplitude and power and thus either directly or via the transformer translates as a stimulating electrical control signal us (t) to the electrodes of the cell of the inverter - Forwards the wave generator.
  • the optional rectifier can be arranged on the secondary side of the transformer and / or the DC component can optionally be mixed in at the input of the cell of the inverter wave generator.
  • alternative exemplary embodiments include permanently or defined, for example, already during signal generation or thereafter by admixing a DC component or an offset to the amplifier for the electrical control voltage of the stimulating electrical control signal us (t) applied to the electrodes of the cell of the inverter wave generator temporarily unipolar course or permanent or defined temporarily bipolar course or permanent or temporarily defined partially bipolar course.
  • the parameter setting of the controlled system via the parameter control signals pi and / or parameter control signals p 2 can in the embodiment of the signal generation in the signal source by analysis by changing the curve function of the signal generated by the function signal generator and / or its repetition frequency and / or its pulse width and / or its rise time and / or its fall time and / or its amplitude, optionally with a controllable DC component with a defined unipolarity without changing the polarity or a defined bipolarity with changing polarity or a defined at least partial bipolarity with at least partial change in the polarity of the periodic stimulating electrical control signal us (t) applied to the electrodes of the cell,
  • the filter optionally based on the parameters of the at least one optional filter for a respective lower limit frequency and / or a respective upper limit frequency and / or a respective quality of the optional at least one filter, the filter optionally comprising a plurality of filters and filters of higher order cascaded in parallel and / or in series can and wherein the at least one optional filter is arranged in the signal path between the output of the function signal generator serving as an electrical signal source and the electrodes of the cell or within the signal source in front of a power output stage,
  • the amplifier optionally when using the amplifier based on the amplifier setting for the amplitude and optionally by controlling a direct component (offset) of the periodic stimulating electrical control signal us (t) applied to the electrodes of the cell, optionally by changing the conductivity based on a change in the ion concentration in the temperature control medium by adding acidic, basic or neutral fluid via the conductivity metering pump and exchange device, optionally by changing the pH value, the defined pH value being adjusted via a metering pump,
  • the electrode spacing and / or the electrode area optionally by changing the electrode spacing and / or the electrode area, for example via a manually operated mechanical adjustment device and / or via at least one electrical, hydraulic, pneumatic, magnetic or piezoelectric electrode actuator,
  • the throughput of the temperature control medium in the primary circuit and thus in the cell for example by changing the pump speed in the primary circuit or by changing the cross section in the primary circuit, optionally by changing the static pressure of the temperature control medium in the primary circuit and thus in the cell for example by changing the pump speed in the Primary circuit or by changing the cross-section in the primary circuit or by adding or extracting temperature control medium through metering pumps,
  • signals can be synthesized in the signal source, at least one sine signal generator being able to generate a sinusoidal signal with a defined frequency and amplitude.
  • Several generated sinusoidal signals, each with defined frequency and amplitude, can also be used in the the respective phase position of the signals are assigned to one another and the signals can be mixed to form a signal in a mixing stage.
  • a DC component can also be added, for example in order to partially shift an initially purely bipolar signal into the positive or negative range, for example to compensate for any undesired DC components or to additionally mix DC components with the stimulating control signal.
  • the generation, signal processing and mixing takes place digitally and / or analogously.
  • alternative exemplary embodiments can be permanent or defined, for example, already during signal generation or afterwards by adding a direct component or an offset to the amplifier for the electrical control voltage of the stimulating electrical control signal us (t) applied to the electrodes of the cell of the inverter wave generator at times include unipolar course or permanent or defined at times bipolar course or permanent or defined at times partially bipolar course.
  • the individual time-discrete signal values can be present as digital time-dependent variables, which a processor can calculate and which can be controlled by a computer program stored in the inverter wave generator.
  • the individual digital signal quantities can each represent a sinusoidal signal with a defined frequency and amplitude.
  • Several generated sinusoidal signals with a defined frequency and amplitude can additionally be mutually assigned in the respective phase of the signals.
  • the signals can be mixed to form a common signal in a computational mixing operation.
  • a DC component can also be added to partially shift the signal into the positive or negative range, for example to compensate for any undesired DC components or to additionally mix DC components into the stimulating control signal.
  • the result can be converted from a digital value into an analog signal in the D / A converter and fed as a control signal to the electrodes of the cell of the inverter wave generator or optionally to the input of the analog amplifier, which processes the signal in amplitude and power and so on translated either directly or via the transformer as stimulating electrical control signal us (t) to the electrodes of the cell of the inverter wave generator.
  • the optional rectifier can be arranged on the secondary side of the transformer and / or a direct component can optionally be added at the input of the cell of the inverter wave generator.
  • the signal can be generated, for example, by at least one analog function sine signal generator which can be controlled with respect to frequency and / or amplitude and / or phase position and by a controllable analog mixing stage.
  • a controllable DC component can also be added in order to partially shift an initially purely bipolar signal into the positive or negative range, for example to compensate for any undesired DC components or to additionally add a DC component to the stimulating control signal.
  • the analog control signal is advantageously fed to the input of the analog amplifier, which can be controlled with respect to the amplification factor, which processes the signal in amplitude and power and thus transmits it either directly or via the transformer as a stimulating control signal to the electrodes of the cell of the inverter wave generator.
  • the optional rectifier can be arranged on the secondary side of the transformer and / or the DC component can optionally be mixed in at the input of the cell of the inverter wave generator.
  • the frequency of the stimulating electrical control signal us (t) at the electrodes of the cell can be from 0 Hz to IOMHz. This frequency range provides the surprising effect of being able to be influenced with a high efficiency of over 100% by the stimulating electrical control signal us (t) for the temperature control of water molecules, because a thermal influence on the water dipoles has so far been effective only in the range of microwaves of greater than 2 GHz known by 60%.
  • alternative exemplary embodiments can already be used, for example, during signal generation or afterwards by adding a controllable DC component or an offset to the amplifier for the others Electrodes of the cell of the inverter wave generator applied electrical control voltage of the stimulating electrical control signal us (t) permanently or defined temporarily unipolar course or permanently or defined temporarily bipolar course or permanently or defined temporarily partially bipolar course.
  • the parameter setting of the controlled system via the parameter control signals pi and / or parameter control signals p 2 can in the embodiment of the signal generation in the signal source by synthesis by means of the generation of at least one sinusoidal signal by at least one single sine signal generator with the controller component ri and / or controller component r 2 of predefined frequency and amplitude,
  • the electrical control voltage of the stimulating control signal applied to the electrodes of the cell of the inverter wave generator with a defined unipolarity without a change in polarity or a defined at least partial bipolarity with an at least partial change in polarity, optionally when using the amplifier on the basis of the amplifier setting for the Amplitude of the signal applied to the electrodes of the cell,
  • the electrode spacing and / or the electrode area optionally by changing the electrode spacing and / or the electrode area, for example via a manually operated mechanical adjustment device and / or at least one electrical, hydraulic, pneumatic, magnetic or piezoelectric electrode actuator,
  • the throughput of the temperature control medium in the primary circuit and thus in the cell for example by changing the pump speed in the primary circuit or by changing the cross section in the primary circuit, optionally by changing the static pressure of the temperature control medium in the primary circuit and thus in the cell for example by changing the pump speed in the Primary circuit or by changing the cross-section in the primary circuit or by adding or extracting temperature control medium through a metering pump,
  • the controller is advantageously implemented by a processor, in particular a signal processor, with a program stored in the device for controlling the method steps according to the invention, taking into account the detected actual values and the predetermined target values.
  • the control cycles are relatively slow in the range of several seconds to minutes, because the detection of the actual value for the partially thermally determined efficiency is relatively sluggish, but a clock frequency of over 100 MHz of the processor is with regard to the limit frequency of the harmonics to be processed of the stimulating electrical control signal us (t) on the electrodes of the cell of up to 10 MHz is advantageous in order to avoid aliasing effects.
  • the slow control cycles are not a problem in connection with a heating / cooling system.
  • the parameter combinations are set in a program-controlled manner in the defined process steps by successively varying the parameter settings.
  • the parameter settings can advantageously be varied on the basis of randomized methods such as, for example, a so-called Monte Carlo algorithm or a so-called Las Vegas algorithm or the like.
  • Successful parameter settings and their initial situation which, depending on the method, may also be unsuccessful, can advantageously be stored in a memory device of the device and, depending on the initial situation, selected again later with higher priority and saved again if successful.
  • the controller "learns" from its previous successfully and possibly also not successfully carried out parameter settings and can thus, depending on the dimensions of the device and depending on its operating conditions, itself and the controller for successful parameter settings for generating the stimulating control signal and / or for adjusting the electrode distance and / or the electrode area and / or the throughput and / or the pH value and / or the conductivity and / or the static pressure and / or the dynamic pressure of the temperature control medium and / or the nozzle area and / or successively optimize the nozzle outlet angle of the nozzles of the nozzle plate.
  • fuzzy controllers can advantageously be used for the implementation, which, in contrast to narrowly tolerated values, enable the use of widely tolerated “unsharp” value ranges.
  • fuzzy controllers are advantageously suitable for implementing the technical process with optionally several input and output variables with changing mutually influencing parameters and non-linear subsystems.
  • the control unit can optimize itself using the self-learning function. If the efficiency Etaist and / or the temperature Tetaist deviate from the setpoints Etasoll or Tetasoll during operation, the parameter settings can be varied and so long be adjusted until the deviation gradually approaches zero or is eliminated. This is a continuous process that takes place throughout the operation.
  • parameter sets that have already been successfully determined are optionally stored as start values for the start-up of the control unit in the electronic control unit of the inverter wave generator or in a remote computer and can be stored from there by the control unit or by manual operation by one Operator.
  • the distance between the electrodes and / or the electrode surface can optionally be adjusted manually or via electrode actuators, such as by an electrical, magnetic or hydraulic drive.
  • the electrode actuators can be controlled by parameter setting via the parameter control signals p1 and / or parameter control signals p2, controlled by the controller component rl and / or controller component r2.
  • the tempering medium can be tempered by generating a frequency or different frequencies at the electrodes of the cell.
  • the signal source can generate the stimulating electrical control signal us (t), comprising an amplitude with a frequency, or the stimulating electrical control signal us (t), comprising amplitude components at several frequencies, which can be superimposed. This means that not only one working frequency is used, but usually the amplitude components of several discrete frequencies or the amplitude spectrum of a frequency range, which in some cases is continuous, are superimposed.
  • These electrical frequency components can be conducted to the electrodes in the inverter wave generator and can generate an electric field there.
  • the temperature control medium can start to vibrate and can produce an increase in temperature due to increasing friction of the water molecules or a decrease in temperature due to decreasing friction.
  • the temperature difference corresponds to the thermal energy converted in relation to the mass and the heat capacity of the temperature control medium.
  • the exact matching of the amplitudes of the frequency components of the stimulating electrical control signal us (t) in synergy with the conductivity of the temperature control medium as a function of a defined electrode distance and / or the electrode area and optionally with the control of the electrode distance and / or the electrode area, manually or by means of the Control unit with associated software is a prerequisite for the efficiency of the inverter wave generator with an efficiency of over 100%.
  • the conductivity and / or the pH value can be measured via the probes in the temperature control medium circuit.
  • the optimal value can be constantly recalculated and adapted to the current conditions. This enables a constant control process to take place in the temperature control medium circuit.
  • the software can be programmed so that the electronic control unit can optimize itself in a self-learning manner. The control can be carried out in conjunction with the other parameters.
  • the conductance and the pH in the temperature medium can be adjusted and, in synergy, the working frequencies and the amplitudes of the stimulating electrical control signal us (t) as well as optionally the electrode spacing and / or the electrode area and / or the static pressure in the temperature control medium and / or the dynamic pressure in the temperature control medium and / or the nozzle area and / or the nozzle exit angle of the nozzles of the nozzle plate are adjusted.
  • the temperature control medium can be swirled in the inverter shaft generator in a first step as it emerges from the cell in the nozzle plate at the outlet opening. After the next entry of the temperature control medium into the cell, the temperature control medium can vibrate via the stimulating electrical control signal us (t) applied to the electrodes with resonance frequency or via a resonance frequency spectrum of the electrical control voltage generated by the stimulating electrical control signal us (t) be transferred. Vibrations can be generated in the temperature control medium by means of one resonance frequency or several resonance frequencies.
  • the temperature control medium can oscillate and increase the Frictional movement of the water molecules generate heat, or by reducing the frictional movement of the water molecules heat extraction or cooling.
  • the resonance peaks in the inverter wave generator can accelerate or decelerate the molecules in the temperature control medium.
  • the resulting or reduced frictional energy can be converted into heat or cooling.
  • the temperature control medium can optionally be swirled again via the nozzle plate and its natural vibrations can be neutralized.
  • a further nozzle plate for swirling can advantageously be provided at the entry opening of the cell or a nozzle plate can only be provided at the entry opening of the cell.
  • At least one flow element can be provided in the cell or in the pipe connection piece of the cell on the inlet opening and / or on the outlet opening of the cell in order to support a defined flow of the temperature control medium. Further flow elements can advantageously be arranged within the primary circuit.
  • the molecular clusters of the dipolar temperature control medium, water each oscillate at a characteristic frequency. However, they are able to restructure themselves internally and thus resonate with waves of electric fields. This is how the external vibration is absorbed by the water. If you want to delete these foreign frequencies in the water, you have to dissolve the cluster structures.
  • the water can take over the vibrations of the electric fields.
  • the water molecules regroup so that the natural frequency of the clusters resonates with the external vibration.
  • the water internalizes the external vibrations.
  • the swirling technique is the most effective method so far to change the stored information.
  • Swirling can optionally take place, for example, via the nozzle plate at an inlet opening and / or at an outlet opening of the cell and / or via a coiled and / or funnel-shaped and / or screw-shaped guidance of the tubes and / or in a swirling chamber of the primary circuit.
  • the nozzle plate comprises at least one nozzle which has at least one nozzle bore with a flow channel.
  • the arrangement of nozzle bores of the nozzle plate and a helical orientation of the nozzle bores of the nozzle plate in the direction of flow are advantageously designed such that when the temperature control medium is passed through the primary circuit, swirl formation occurs in a flow direction of the temperature control medium v with the greatest possible swirl.
  • a vortex-shaped vortex in the flow direction of the temperature control medium v can optimally form, as was observed in nature by Mr. Viktor Schauberger, for example.
  • the nozzle plate can comprise adjustable flow elements, the openings and / or angles of which can be adjusted relative to the surface of the nozzle plate.
  • the openings and / or the exit angle of the nozzles in the nozzle plate can be arranged so as to be adjustable and lockable, for example via a perforated disk that can be rotated with respect to the nozzle plate and / or an adjustable pipe piece that controls the opening and / or the helical exit angles of the nozzles in the direction of flow.
  • the adjustment can be carried out manually and / or via actuators, for example by means of the electrical, pneumatic, hydraulic or magnetic nozzle plate actuator.
  • the actuation of the actuators is advantageously predetermined by parameter settings via the parameter control signals p1 and / or p2, controlled by the controller components rl and / or r2, in such a way that a controlled swirling can take place, with which synergy can occur together with the other parameter settings can gradually set the target temperature Tetasoll and / or the target efficiency Etasoll in the course of the control cycle.
  • the nozzle plate comprises at least one nozzle which has at least one flow channel, in which the inlet opening is offset by at least 1 degree with respect to the outlet opening and the flow channel passes from the inlet opening stepwise or continuously to the outlet opening, as a result of which a temperature control medium flowing through in the nozzle plate rotates one rotation experiences at least 1 degree, which can continue in a spiral shape after leaving the nozzle plate in the primary circuit.
  • the rotation of a flow channel can range from 1 degree to several ET revolutions of 360 degrees each.
  • the twisting of one or more flow channels can optionally be carried out manually or via an actuator.
  • the nozzle plate comprises a plurality of flow channels arranged in parallel, in which the inlet opening is offset by at least 1 degree with respect to the outlet opening and the flow channel passes from the inlet opening in a step-wise or continuously helical manner to the outlet opening, as a result of which a tempering medium flowing through the nozzle plate is rotated by at least 1 degree , which can continue in a spiral shape after leaving the nozzle plate in the primary circuit.
  • the nozzle plate can comprise adjustable flow elements, the openings and / or angles of which can be adjusted relative to the surface of the nozzle plate.
  • the openings and / or the exit angle of the nozzles in the nozzle plate can be arranged so as to be adjustable and lockable, for example via a perforated disk which can be rotated with respect to the nozzle plate and / or an adjustable piece of pipe which controls the opening and / or the helical exit angles of the nozzles in the direction of flow.
  • the nozzle plate can comprise solid material, for example metal, plastic or glass.
  • the material of the nozzle plate can advantageously comprise elastic material, such as, for example, permanently elastic plastic, rubber, silicone or a metallic spring or a spring made of plastic, as a result of which the openings of the flow channels and / or the angle of a flow channel or a plurality of flow channels relative to the surface of the nozzle plate can be adjusted by deforming the material of the nozzle plate.
  • elastic material such as, for example, permanently elastic plastic, rubber, silicone or a metallic spring or a spring made of plastic
  • the adjustment can be carried out manually and / or via actuators, for example by means of the electrical, pneumatic, hydraulic or magnetic nozzle plate actuator.
  • the actuation of the actuators is advantageously predetermined by parameter settings via the parameter control signals p1 and / or p2, controlled by the controller components rl and / or r2, in such a way that a controlled swirling can take place, with which synergy is achieved together with the other parameter settings can gradually set the target temperature T etasoll and / or the target efficiency Etasoll in the course of the control cycle.
  • the nozzle plate optionally closes the interspace between the electrodes with at least one flow channel or with a plurality of flow channels in such a way that the temperature control medium is routed primarily between the electrodes when circulating in the primary circuit.
  • the effect of the stimulating electrical control signal us (t) on the molecules of the temperature control medium is increased because the total number of molecules or molecule clusters flowing past the electrodes and the number of those flowing past the electrodes molecules or molecule clusters that have not yet been stimulated and are yet to be stimulated. Furthermore, the recombination of stimulated molecules or molecule clusters of the temperature control medium in the primary circuit is further supported.
  • the principle of swirling in the primary circuit optionally implemented in the exemplary embodiments, in particular at the inlet opening and / or at the outlet opening, can make an advantageous contribution to an efficient implementation of the invention.
  • an inverter wave generator for temperature control of a temperature control medium basically takes place in the following process steps: Providing an inverter wave generator with the described features, wherein a temperature control medium is moved in a primary circuit,
  • the temperature control medium in the primary circuit of a cell comprising a first electrode and a second electrode
  • a stimulating electrical control signal us (t) is applied to the electrodes in direct electrical contact with the temperature control medium, whereby
  • the temperature control medium in the cell between the electrodes is exposed to an electrical field which influences the polarity of the particles of the temperature control medium in terms of their polarity and thereby changes the temperature of the temperature control medium in the primary circuit
  • the temperature control medium in the primary circuit is fed to the input of a heat exchanger and at least partially releases thermal energy in the heat exchanger to the output of the heat exchanger.
  • the method of transferring the electric field from the electrodes to the temperature control medium can be carried out capacitively, without galvanic contact between the electrodes and the temperature control medium.
  • the reproducible efficiency of the device of the inverter wave generator according to the invention can be over 100% using the defined parameter settings or with the method according to the invention and the parameter settings made with it.
  • a comprehensive theory of the phenomena that can be observed in the temperature control medium and / or further, possibly still unknown phenomena occurring in the temperature control medium is not required for the successful operation of the inverter wave generator.
  • FIG. 1 shows a preferred exemplary embodiment of a cell of an inverter wave generator in a longitudinal section
  • FIG. 2 shows the block diagram of a preferred embodiment of a signal source and the arrangement of the cell in the primary circuit
  • Fig. 3 shows the block diagram of a preferred embodiment of the signal source with a transformer and the arrangement of the cell in the primary circuit
  • Fig. 4 shows a preferred embodiment for the construction of an optional
  • Fig. 5 shows another preferred embodiment for the construction of the optional
  • Nozzle plate for swirling the temperature control medium
  • 6a shows an example of the course of bipolar amplitude components of different
  • Fig. 6b the frequency spectrum of a bipolar signal with amplitude components of different frequency with changing polarity in the frequency domain
  • Fig. 7a an example of the course of unipolar amplitude components of different frequency of a signal with constant polarity in
  • Fig. 9 shows a preferred embodiment for a controlled system with analytical
  • Fig. 10 shows a preferred embodiment for a controlled system with synthetic
  • Fig. L2a the view from below, a section AA from the side and the front view of a
  • Fig. L2b the top view of a nozzle plate. Common reference numerals are used throughout the figures to indicate similar features.
  • FIG. 1 shows, by way of example, the longitudinal section through a cell 1 of the inverter wave generator for tempering a tempering medium 2.
  • the temperature control medium 2 is advantageous via means for generating a static pressure 303, 304, 305 (shown in FIGS. 9 and 10) and / or means for generating a dynamic pressure difference 302, such as an electrically, hydraulically or pneumatically operated pump (shown in FIG Fig. 9 and Fig. 10) and / or an arrangement for supporting convection by temperature differences.
  • the temperature control medium 2 enters the cell 1 via an inlet opening 40, which it essentially runs along a longitudinal axis L of the cell 1.
  • the temperature control medium 2 is stimulated in the cell 1 with the stimulating electrical control signal us (t) according to the invention, and after it exits from the cell 1 via a drain opening 50 into a primary circuit 300 (shown in FIG. 2, FIG. 3, FIG.
  • the temperature control medium 2 advantageously passes through the input of a heat exchanger 310 (shown in FIGS. 2, 3, 9 and 10) and exchanges its thermal energy in the heat exchanger 310 and provides this to a secondary circuit at the output of the heat exchanger 310 320 ready by raising (heating) or lowering (cooling) the temperature level of the secondary circuit 320.
  • the cell 1 comprises a first electrode 110 and a second electrode 120, between which the temperature control medium 2 can be excited by an electric field as it passes through the cell 1.
  • the electrode area effective for the electrical field between the electrodes 110, 120 and / or their distance is optional, for example via an electrode actuator 140 advantageously carried out changeable.
  • the electrode area between the electrodes 110, 120 and / or their distance effective for the electrical field is advantageously dependent on a control of a control unit 400 (shown in FIGS. 8, 9 and 10) of the inverter wave generator controlled by a control deviation.
  • the distance between the electrodes 110, 120 can optionally be adjusted manually and / or via at least one electrode actuator 140, such as by an electrical, magnetic or hydraulic drive.
  • the actuation of the electrode actuators 140 takes place in a control system 420 (shown in FIGS. 9 and 10) of the control unit 400 (shown in FIG. 8) controlled by a parameter control signal pi and / or a parameter control signal p 2 by a controller component n and / or a controller component r 2 of a controller 410 of the control unit 400.
  • the dipolar temperature control medium 2 used in the inverter wave generator is based on hydrogen bonds.
  • the temperature control medium 2 comprises, for example, water, particularly advantageously specially prepared neutral water, which can optionally be enriched with additives. In principle, other fluids with dipolar hydrogen bonding as temperature control medium 2 are also possible.
  • the conductivity of the water used as temperature control medium 2 preferably has values in the range from 0.055 pS / cm to 200 S / m.
  • the invention has the following value ranges for the electrical conductivity of the temperature control medium 2 in two substantially alternative groups of exemplary embodiments I and II: I. largely gas-free temperature control
  • a low to medium conductivity of 0.055 pS / cm to 500 pS / cm, in particular 0.1 pS / cm to 100 pS / cm, preferably 10 pS / cm to 50 pS / cm, is advantageously used of the temperature control medium 2, values of 20 pS / cm to 30 pS / cm in synergy with other parameters according to the invention, which are controlled via the parameter control signals p1 and / or p2, have proven to be particularly advantageous.
  • an average to high conductivity of 0.05 S / m to 200 S / m, in particular 0.05 S / m to 5 S / m and preferably from 0.05 S / m to 0.5 S / m of the temperature control medium 2 are used.
  • the electrodes 110, 120 are connected to poles 211, 212 of an electrical signal source 200, which emits the stimulating electrical control signal us (t) to the electrodes 110, 120 of the cell 1.
  • the oscillation of the molecules or clusters of the temperature control medium 2 can be changed in the cell 1 of the inverter wave generator by means of a frequency or different frequencies of the stimulating electrical control signal us (t).
  • a change in the molecular movement changes the friction that occurs during the relative movement to one another, thereby generating more heat (heating) or less heat (cooling).
  • the primary goal is to raise the heat in a temperature control medium 2 from a lower temperature level to a higher temperature level.
  • the inverter wave generator system can be used as the primary heat source. Since a higher energy yield compared to the energy supplied is achieved (efficiency> 1, 0 or> 100%), this type of heating is efficient.
  • the optional aim is to bring about a reduction in the thermal movement of the molecules and thus to reduce the heat, ie cooling, by shifting the composition of the amplitude spectrum of the frequency components of the stimulating control signal us (t).
  • the temperature change can take place in the temperature control medium 2 by generating and applying at least one defined amplitude and frequency of the stimulating electrical control signal us (t) applied to the electrodes 110, 120 of the cell 1 of the inverter wave generator.
  • the stimulating electrical control signal us (t) applied to the electrodes 110, 120 of the cell 1 of the inverter wave generator comprises a defined unipolarity without changing the polarity (for example shown in FIG. 7a) or a defined bipolarity with a change of polarity (for example shown in Fig. 6a) or at least partially bipolarity with an at least partial change in polarity.
  • the cell 1 according to the invention comprises polarity-neutral electrodes 110, 120, which are optionally driven with at least partially changing electrical polarity of the stimulating electrical control signal us (t) instead of, as in the prior art, a unipolarly oriented cathode with only unipolarly changing voltage values controlled and unipolar aligned anode.
  • the advantageous peak-to-peak value of the electrical voltage amplitude of the stimulating electrical control signal us (t) depends on the respective electrode spacing of the electrodes 110, 120, the electrode area of the electrodes 110, 120, and on the respective conductivity of the temperature control medium 2.
  • the peak-to-peak value of the electrical voltage amplitude of the stimulating electrical control signal us (t) advantageously lies in the range from
  • the table shows values for a defined output power of the signal source 200, the electrode spacing of the electrodes 110, 120 directly influencing the range of the conductivity of the temperature control medium 2 and the peak-to-peak value of the electrical voltage amplitude of the stimulating electrical control signal us (t) and the electrode area of electrodes 110, 120, inversely affect the range of conductivity.
  • a plurality of cells and / or wave generators can be arranged in series or in parallel in a cascaded manner in the primary circuit 300, in order in this way the power which can be output via the heat exchanger 310 to the secondary circuit 320 to increase the plant or the building.
  • a plurality of primary circuits 300 from locally distributed a plurality of inverter shaft generators can optionally act on a common secondary circuit 320 via a plurality of heat exchangers 310, in order to increase the output of a system or in a building and optionally to distribute the temperature spatially.
  • a nozzle plate 150 with nozzles 151 for swirling the temperature control medium 2 is attached to the drain opening 50 of the cell 1. Attaching one or more nozzle plates generally increases the effectiveness of the device, but is optional.
  • the temperature control medium 2 is swirled in a helical manner in the flow direction of the temperature control medium v through the drain opening 50 in the nozzle plate 150 in a first step before it leaves the cell 1. Subsequently, after the next entry via the inlet opening 40 into the cell 1, the stimulating electrical control signal us (t) applied to the electrodes 110, 120 with discrete resonance frequency components or a resonance generated by the stimulating electrical control signal us (t) - Frequency spectrum of the electrical control voltage sets the temperature control medium 2 in vibration. Vibrations can be generated in the temperature control medium 2 by means of one (or more) resonance frequency (s).
  • the temperature control medium 2 vibrates and generates heat by increasing the frictional movement of the water molecules, or by reducing the frictional movement of the water molecules, heat extraction with cooling. If the molecules of the temperature control medium 2 are in vibration, stimulated by the electrical control signal us (t), the resonance peaks in the inverter wave generator accordingly result in an acceleration or a Deceleration of the molecules in the temperature control medium 2, the resulting or reduced frictional energy is converted into heat or cooling. After the temperature control medium 2 has passed the electrodes 110, 120, the temperature control medium 2 is again swirled over the nozzle plate 150 and its natural vibrations are neutralized or recombined.
  • At least one flow element 160, 160 ′ can be provided in the cell 1 and / or in the pipe connection piece to the cell 1 at the inlet opening 40 and / or at the outlet opening 50 of the cell 1, in order to support a defined flow of the temperature control medium 2.
  • Fig. 2 shows the block diagram of a first preferred embodiment of the arrangement of a signal source 200 for generating a stimulating electrical control voltage us (t) for driving a cell 1.
  • the stimulating electrical control signal applied to electrodes 110 and 120 of cell 1 of the inverter wave generator us (t) is generated by signal source 200.
  • the signal source 200 in this case comprises a function signal generator 220, an optional filter 230, an amplifier 240, a further optional filter 250 and an optional offset source 260.
  • the function signal generator 220 generates a periodic output signal with a discrete amplitude-frequency component or several discrete amplitude-frequency components and / or with partially continuous amplitude-frequency components, for example a sinusoidal curve or with a periodic pulse, rectangular, sawtooth, triangular History or other periodic history.
  • the optional filters 230, 250 each include, for example, at least one low pass and / or at least one high pass and / or at least one band pass with defined filter characteristics with regard to the cutoff frequency and quality.
  • the optional filters 230, 250 serve to filter out frequency components which do not contribute to the efficiency of the cell 1 of the inverter wave generator from the output signal generated in the function signal generator, or frequency components of the output signal generated in the function signal generator, which contribute to Efficiency of cell 1 of the inverter wave generator contribute to let pass.
  • a low-pass filter can pass frequency components up to an upper cut-off frequency and a potentially existing DC component, or a high-pass filter can suppress low frequency components and a potentially existing DC component, or a bandpass filter can pass one or more frequency components.
  • the optional filter 230, 250 can comprise several cascaded filters in series and / or in parallel.
  • the electrical control signal of the function signal generator 220 or the output signal of the optional filter 230 in the amplifier 240 is advantageously processed with respect to the stimulating electrical voltage amplitude us (t) and the signal power that can be provided or the source impedance of the signal source and, if necessary, filtered via the optional filter 250 before it is applied as a stimulating electrical control signal us (t) via the poles 21 1 and 212 (shown in FIG. 1) of the signal source 200 to the electrodes 110 and 120 of cell 1 of the inverter wave generator.
  • the repetition frequency of the periodic stimulating electrical control signal us (t) is, according to the invention, between 0.1 Hz and 10 kHz.
  • a pulse width of the periodic electrical control signal is in the range between 0.2 ps and 8 s.
  • the amplitude-frequency spectrum of the periodic stimulating electrical control signal has spectral components in the range from 0.1 Hz to 10 MHz.
  • the minimum rise time or the minimum fall time of the periodic stimulating electrical control signal is more than 0.01 ps, preferably more than 0.1 ps.
  • the stimulating electrical control signal us (t) with permanent or defined temporary unipolar course or permanent or defined temporary to apply bipolar course or with a permanent or defined temporary partial bipolar course to the electrodes 110 and 120 of cell 1 of the inverter wave generator.
  • a DC component (offset) generated by the optional offset source 260 is added in the amplifier 240 or after the amplifier 240 in order to shift the stimulating electrical control signal us (t) by a defined DC component (offset).
  • the stimulating electrical control signal us (t) can have a permanent or defined temporary bipolar course or unipolar course or partially bipolar course.
  • FIG. 2 also shows a primary circuit 300 of the temperature control medium 2 and the coupling of the primary circuit 300 of the temperature control medium 2 via a heat exchanger 310 to a secondary circuit 320, which operates, for example, a circulating temperature control medium for a heating device or a cooling device of a building or system .
  • FIG. 3 shows an example of the block diagram of a further exemplary embodiment for the arrangement of elements 220, 230, 240, 260, 270 280 within a signal source 200 for the generation of the stimulating electrical control voltage us (t) for controlling a cell 1.
  • a transformer 270 is arranged which transforms the AC voltage components of the stimulating electrical control voltage us (t) to defined values.
  • the secondary, initially purely bipolar AC voltage components of the transformer 270 are additively admixed with a DC component (offset) from an optional offset source 260, and so to generate the stimulating electrical control signal us (t) with a unipolar or partially bipolar profile.
  • an optional rectifier 280 is additionally arranged on the secondary side of the transformer 270, which converts the secondary, initially purely bipolar AC components of the transformer 270 into unipolar AC components with voltage components with changing unipolar values.
  • a direct component (offset) from the optional offset source 260 can be additively mixed in order to shift the stimulating electrical control signal us (t) with a unipolar profile or to generate at least partially bipolar profile.
  • FIGS. 4 and 5 show preferred exemplary embodiments of optional nozzle plates 150 with nozzles 151 for swirling the temperature control medium 2.
  • the nozzle plate 150 can be provided, which swirls the temperature control medium in the flow direction of the temperature control medium v, or it can be provided at an outlet opening 50 of the cell 1, the nozzle plate 150, which swirls the temperature control medium in the flow direction of the temperature control medium v or it can be provided at the inlet opening 40 and at the outlet opening 50 of the cell 1, the nozzle plate 150 which swirls the tempering medium in the flow direction of the tempering medium v in a helical manner.
  • the nozzle plate 150 comprises one or more nozzles 151, each with at least one flow channel 152 (shown in FIG. 1 lb, FIG. 12 a and 1 lb).
  • 4 shows, by way of example, the side view and the top view of the nozzle plate 150 with nozzles 151 which are arranged laterally in a screw shape in the direction of the longitudinal axis L of the cell 1 and which, after entering through the inlet opening 40 in the flow direction of the temperature control medium v, the temperature control medium v along the longitudinal axis L Whirl cell 1 preferably in a spiral.
  • FIG. 5 shows an example of the top view and the section AB of the nozzle plate 150 with nozzles 151 arranged helically along the longitudinal axis L (cf. FIG. 4) of the cell 1, which nozzles the tempering medium after exiting through the outlet opening 50 in the flow direction of the tempering medium v Whirl along the longitudinal axis L of the cell 1, preferably helically.
  • the openings and / or the exit angle of the nozzles 151 in the nozzle plate 150 can be arranged so as to be adjustable and lockable (not shown), for example via a perforated disk which can be rotated relative to the nozzle plate and / or an adjustable tube piece which defines the opening and / or the exit angle of the Control nozzles 151.
  • the adjustment can be done manually or via actuators.
  • the actuators are controlled via the parameter control signals pi and / or p 2 , controlled by the controller component n and / or r 2 .
  • 6a shows an example of a bipolar frequency spectrum of the stimulating electrical control signal us (t) in the sense of a Fourier-transformed representation with individual amplitudes of different frequencies fl, f2, ⁇ , f4 and bipolar, that is to say changing polarity in the time domain.
  • 6b shows the amplitude spectrum fl, G, ⁇ , f4 in the frequency domain.
  • the amplitudes of the various exemplary sinusoidal frequency components fl, G, ⁇ , f4 have a completely bipolar course with respect to a neutral potential, the zero line, that is to say the amplitudes change over time with respect to the neutral potential, the zero line the polarity from plus to minus.
  • 6b shows the complete bipolarity in that there is no DC component (DC or DC offset) in addition to the components fl, G, ⁇ , f4 in the frequency spectrum.
  • 7a shows an example of a unipolar frequency spectrum of the stimulating electrical control signal us (t) in the sense of a Fourier-transformed representation with individual amplitudes of different frequencies fl, G, ⁇ , f4 and non-changing polarity in the time domain.
  • 7b shows the amplitude spectrum in the frequency domain.
  • the amplitudes of the various sinusoidal frequency components fl, G, ⁇ , f4 in this example have a completely unipolar course with respect to a neutral potential, the zero line, that is to say the amplitudes have a temporal course with respect to the neutral one Potentials, the zero line no changing polarity from plus to minus.
  • the unipolarity is represented by a constant component (DC or DC offset) in addition to the components fl, G, ⁇ , f4 in the frequency spectrum, which completely complete the frequency components fl, G, ⁇ , f4 in this example shifts to a unipolar range.
  • the shift through the DC component can take place both in the positive and in the negative direction, as a result of which the electrodes 110, 120, for example, have a purely positive or purely negative profile of the stimulating electrical control signal us (t).
  • the stimulating electrical control signal us (t) can optionally be both a purely unipolar signal mixture as well as a purely bipolar signal mixture and a mixed form of unipolar and bipolar course.
  • a temporary control can advantageously be provided for a defined period of time by the control unit 400 (shown in FIG. 8) into a unipolar signal mixture and / or bipolar signal mixture and / or a mixture of both signal forms.
  • FIG. 8 shows the block diagram of the decentralized multivariable control unit by way of example for a preferred exemplary embodiment.
  • a control unit 400 is implemented digitally and takes place within an electronic control unit of the inverter wave generator.
  • the electronic control unit comprises an electronic circuit for realizing a controller 410, advantageously a programmable microcontroller or a signal processor with program memory, data memory and corresponding drivers for the means of a controlled system 420 for setting the parameters, controlled via parameter control signals p1 and / or p2 Control of the elements of the controlled system 420 (shown in FIGS. 9 and 10) and an interface for programming and updating the program and for accessing data.
  • a wired interface such as a USB interface or an RS232 interface, an Ethernet LAN interface, a WAN interface or a proprietary interface or a wireless interface such as a Bluetooth interface or a WiFi interface can be provided as the interface .
  • a computer such as a stationary computer or portable computer, a tablet or a smartphone can be used locally for programming the electronic control unit of the inverter wave generator. This computer advantageously has a further interface to a remote computer or the Internet in order to be able to download finished programs or ETpdates for programming the electronic control unit of the inverter wave generator or to upload data.
  • the signal source 200 which is processor-controlled via the parameter control signals p1 and / or p2 (shown in FIGS.
  • the stimulating electrical control signal us (t) is preferably generated by self-adaptive controller software. Alternatively, other control concepts with dedicated values by an operator and / or a computer are possible.
  • the stimulating electrical control signal us (t) is advantageously generated using a digital signal processor, on which the control method is also controlled by a computer program and is stored in a memory unit of the electronic control unit of the inverter wave generator.
  • the generation and control can also take place by analog means.
  • the control unit 400 determines the current temperature Tetaist of the temperature control medium 2 with a means for actual value detection 422, and the absorbed energy and the emitted energy are determined.
  • the current efficiency Etaist is determined from the quotient by means of an actual value acquisition 421.
  • a current Etaist efficiency also known as COP (Coefficient of Performance) is calculated.
  • the aim is to achieve a defined efficiency Etasoll specified by a means for specifying the setpoint 411 and / or a defined temperature Tetasoll as specified by a means for specifying the setpoint 412.
  • the self-adaptive function of the control unit 400 optionally controls the nature, in particular the conductivity and / or the pH value and / or the throughput and / or the pressure of the temperature control medium 2 and / or the electrode spacing of the electrodes 110, 120 and / or the effective opposing electrode surface of the electrodes 110, 120 and / or the nozzle surface of the nozzles 151 and / or the exit angle of the nozzles 151, and continuously makes corrections via the parameter control signals pl or p2.
  • the cell 1 of the inverter wave generator is controlled successively with the optimal frequency spectrum and the optimal amplitude mix.
  • the self-adaptive function of the control unit 400 optionally takes place successively with an electrode actuator 140 (shown in FIG.
  • the efficiency Etaist of the inverter wave generator is determined by the ratio of the thermal energy Eabist given to the primary circuit 300 to the electrical control energy Ezuist required for this in the cell 1 of the stimulating electrical control signal us (t), taking into account all of the stimulating electrical control signal us (t) Active power frequency components including DC components determined according to the following relationship:
  • the energy Eabist can be determined via the temperature change DeltaTeta [Kelvin] achieved in the case of water at a defined mass mM [grams] of the temperature control medium in accordance with the following relationship:
  • the supplied electrical energy is measured using a means for recording the actual value of the supplied electrical power Pzuist 423 with a bandwidth from 0 MHz (DC) to 10 MHz (AC) to include all harmonic components from the measured supplied control power Pzuist [W] and after integration over the defined measurement period t [seconds], in which the emitted thermal energy Eabist was generated while supplying electrical energy Ezuist.
  • the detection of the supplied electrical energy Ezuist is therefore carried out taking into account the DC component and all harmonic components of the supplied control active power Pzuist [W] approximately according to the following relationship:
  • Ezuist Pzuist * t [Ws] If the supplied electrical power Pzuist changes within a measurement period t and follows a curve pzuist (t) that changes over time, for example, instead of simply forming a surface for Ezuist, a more precise integration of a curve pzuist can be achieved by multiplying Pzuist * t [Ws] ( t) * dt [Ws] over the period of the measurement period to determine the electrical energy Ezuist supplied.
  • the control unit 400 monitors the current temperature Tetaist of the temperature control medium 2 in the primary circuit 300 with the means for the actual value detection 422.
  • the means for the actual value detection 422 comprises, for example, a temperature sensor with which a change in the temperature DeltaTeta in the temperature Tetaist of the temperature control medium 2 in the course of a Measuring period t is determined.
  • the means for actual value detection 422 comprises a plurality of temperature sensors, with which a change in the temperature DeltaTeta in the temperature Tetaist of the temperature control medium 2 is determined in the course of a measurement period t by forming the difference and / or by weighted evaluation of the individual temperature measured values.
  • the energy Eabist and the current efficiency Etaist are determined.
  • the means for recording the actual value 421 optionally includes, for example, a heat meter.
  • the current efficiency Etaist is calculated, for example, via a computer program sequence or via an analog quotient formation.
  • a temperature Tetasoll predetermined by means of setpoint specification 412 and / or a defined efficiency Etasoll predefined by means of setpoint specification 411 is sought.
  • the continuously determined temperature Tetaist and / or the continuously determined efficiency Etaist represent the actual values for the controller.
  • the desired defined temperature Tetasoll of the heating / cooling in the primary circuit 300 with the temperature control medium 2 and / or optionally a certain time profile for a change in this value and / or the desired defined efficiency Etasoll and / or optionally a certain time profile for a change in this value deliver the setpoint specifications Tetasoll and / or Etasoll for the controller 410.
  • Both variables are advantageously processed, for example, by a decentralized control system for multivariable systems. Alternatively, other control concepts are possible.
  • the difference between the target value Tetasoll and / or Etasoll and the corresponding actual value Tetaist and / or Etaist provides the control deviation d1 or d2 in the controller 410.
  • the controller component rl and / or controller component r2 determines the characteristic of the controller 410, for example a P behavior, an I behavior or a D behavior or mixed forms of the controller 410 and supplies the parameter control signal p1 and / or parameter control signal p2 Control of the parameter settings of the controlled system 420.
  • the controlled system 420 changes the parameter settings of, for example, the function signal generator 220, the optional filter 230 or the optional filter 250 (shown in FIG. 2), the optional offset source 260 of the amplifier 240, the signal source 200 (shown 9), the sine signal generators 221, 22 G, an optional offset source 222, a mixer 223 of the amplifier 240, the signal source 200 (shown in FIG. 10), the primary circuit pump 302, the conductivity metering pump and exchange device 303, a pH value metering pump 304, the electrode actuator 140, a pressure maintaining device 305 or the nozzle pl attenuators on the basis of the controlling specifications via the parameter control signals pl or p2 of the respective controller components rl and / or r2.
  • the control unit 400 detects the current temperature Tetaist of the temperature control medium 2 in the primary circuit 300 via the means for the actual value detection 422 and / or the current efficiency Etaist of the inverter via the means for the actual value detection 421 or from the change in the temperature Tetaist of the temperature control medium 2 in the primary circuit 300 - Wave generator, takes the value of a desired temperature Tetasoll from the temperature of the temperature medium 2 in the primary circuit 300 and / or takes from the means for the setpoint value 41 1 for specifying the setpoint value 412 for specifying the desired temperature Tetasoll from the temperature of the temperature control medium 2 in the primary circuit 300 desired efficiency Etasoll of the inverter wave generator the value of a desired efficiency Etasoll and forms in a controller 410 from the difference between the setpoint Tetasoll and the actual value Tetaist and / or the control deviation dl or d2 from the difference between the setpoint Etasoll and the actual value Etaist and forms a parameter control signal
  • Control signal p2 with which a controlled system 420 can be controlled in such a way that the control deviation d1 and / or d2 gradually strives towards zero or is eliminated.
  • the controlled system 420 in operation means that the parameter settings of the function signal generator 220 and / or the optional filter 230 and / or the optional filter 250 and / or the sine signal generators 221, 22 G and / or an optional offset source 222 and / or a mixer 223 and / or the optional offset source 260 and / or the amplifier 240 of the signal source 200 and / or the primary circuit pump 302 and / or the conductivity.
  • Metering pump and exchange device 303 and / or the pH value metering pump 304 and / or the electrode actuator 140 and / or the pressure maintaining device 305 and / or the nozzle plate actuator on the basis of the controlling specifications via the parameter control signal pl of the controller component rl and / or via the parameter Control signal p2 of the controller component r2 can be controlled in such a way that the control deviation dl and / or d2 gradually strives towards zero or is eliminated.
  • the control unit 400 can be implemented in the electronic control unit of the inverter wave generator in an analog and / or at least partially digital manner.
  • the control unit can be conventional or self-adaptive.
  • the controlled system 420 a distinction is made between two exemplary embodiments for the controlled system 420: the controlled system with analytical signal generation or the controlled system with synthetic signal generation.
  • FIG. 9 shows a preferred exemplary embodiment for the analog and / or digital controlled system with analytical signal generation.
  • the periodic stimulating electrical control signal us (t) with a defined harmonic spectrum for example a pulse-shaped signal with a defined FT nipolarity or a defined bipolarity or a defined partial bipolarity with a defined repetition frequency, pulse width, is generated in a signal source 200.
  • the harmonics of the stimulating electrical control signal us (t) at electrodes 110, 120 of a cell 1 are in this case a frequency range from 0 Hz to 10 MHz.
  • Filtering is carried out analogously and / or advantageously at least partially digitally.
  • a controlled system 420 changes the parameter settings, for example of a function signal generator 220, an optional filter 230 or an optional filter 250 (shown in FIG. 2), an optional offset source, on the basis of the parameter control signal p1 and / or the parameter control signal p2 260, an amplifier 240 of the signal source 200, a primary circuit pump 302, a conductivity metering pump and an exchange device 303, a pH value metering pump 304, an electrode actuator 140, a pressure maintaining device 305 or a nozzle plate actuator on the basis of the controlling specifications via the parameter control signals p 1 or p2 of the respective regulator components rl and / or r2.
  • the absorbed electrical energy Ezuist is determined from the electrical power Pzuist 423 supplied with the means for the actual value detection of the entire frequency spectrum contained in the stimulating electrical control signal us (t) and the DC component by integration over the time of the measurement period.
  • the means for actual value acquisition 422 for acquiring the current temperature Tetaist and the means for actual value acquisition 421 for acquiring the thermal energy output Eabist are provided in the primary circuit.
  • the static pressure in the primary circuit 300 can be controlled in a defined manner via the pH value metering pump 304 and / or via the conductivity metering pump and the exchange device 303 and / or the pressure maintaining device 305, such as a controllable pressure vessel or a controllable pressure valve.
  • the parameter setting of the controlled system 420 via the parameter control signals pi and / or p 2 takes place in this exemplary embodiment of the signal generation of the inverter wave generator by changing the curve function of the signal generated by the signal source 200 and / or the repetition frequency and / or the pulse width and / or the rise time and / or the fall time and / or the amplitude of the stimulating electrical applied to the electrodes 1 10, 120 of the cell 1 Control signal us (t),
  • the optional filter 230, 250 can comprise a plurality of parallel and / or serial cascaded filters and higher-order filters and the optional filter 230, 250 is arranged in the signal path between the output of the function signal generator 220 serving as an electrical signal source and the electrodes 1 10, 120 of the cell 1,
  • Fluid suitable tank containers adjust the desired setpoint of the pH value, optionally by changing the elasticity in the temperature control medium 2, whereby the defined conductivity of the temperature control medium 2 is adjusted via the conductivity control metering pump and the exchange device 303, in the primary circuit 300 by suction of temperature control medium 2 and / or adding water with a Conductivity from 0.055 pS / cm to 500 pS / cm, in particular from 0.1 pS / cm to 100 pS / cm and advantageously from 10 pS / cm to 50 uS / cm, particularly advantageously with values from 20
  • an intermittent time control of the parameter control signals pl and / or p2 for controlling the frequency generation, the amplitude and / or the phase control and / or filtering and / or the electrode spacing and / or the electrode area and / or the throughput and / or the pH value and / or the conductivity and / or the static pressure and / or the dynamic pressure of the temperature control medium 2 and / or the swirling by controlling the nozzle plate actuator of the nozzles 151 of the nozzle plate 150.
  • Fig. 1 1 shows the perspective view of a nozzle plate in the view from below.
  • the nozzle plate 150 comprises a single nozzle 151, from which the temperature control medium 2 emerges with swirled flow vectors v '.
  • the swirling of the temperature control medium 2 is generated by at least one flow channel 152 (shown in FIG. 1 lb) within the nozzle plate 150.
  • Fig. 1 lb shows the perspective view of the nozzle plate from Fig. 1 la in the view from above.
  • the nozzle plate 150 comprises three flow channels 152, into which the temperature control medium 2 enters and is swirled within the nozzle plate 150.
  • Fig. L2a shows a nozzle plate according to Fig. L la and Fig. Lb in the view from below, a section AA from the side and in the front view.
  • the nozzle plate 150 comprises three flow channels 152, in which the inlet opening is offset from the outlet opening by a flow channel twist angle 153 of at least 1 degree and a flow channel 152 transitions from the inlet opening in stages or continuously to the outlet opening, as a result of which a temperature medium 2 in flows through the nozzle plate 150 undergoes a rotation of at least 1 degree, which can continue in a spiral shape in the primary circuit 300 after leaving the nozzle plate 150.
  • the flow channel twist angle 153 may range from 1 degree to multiple helical spins 360 degrees each.
  • the rotation of the flow channels can optionally be carried out manually or by means of an actuator.
  • the nozzle plate 150 advantageously comprises a plurality of flow channels 152 arranged in parallel, in which the inlet opening is offset by at least 1 degree with respect to the outlet opening and the flow channel 152 passes from the inlet opening in a step-wise or continuously helical manner to the outlet opening, as a result of which a tempering medium 2 flowing through in the nozzle plate 150 causes a rotation by at least 1 degree, which can continue in a spiral shape after leaving the nozzle plate 150 in the primary circuit 300.
  • the rotation of the flow channels 152 can range from 1 degree to several helical revolutions of 360 degrees each.
  • the rotation of the flow channels can optionally be carried out manually or by means of an actuator.
  • the nozzle plate 150 of the illustrated embodiment can include adjustable flow elements (not shown), the openings and / or angles of which can be adjusted relative to the surface of the nozzle plate 150.
  • the opening and / or the exit angle of the nozzle in the nozzle plate 150 can be arranged so as to be adjustable and lockable, for example via a perforated disk (not shown) which can be rotated with respect to the nozzle plate 150 and / or an adjustable pipe piece (not shown) which covers the opening and / or control the helical exit angles of the nozzles in the direction of flow.
  • the nozzle plate 150 comprises solid material, for example metal, plastic, or glass.
  • the material of the nozzle plate 150 may alternatively or additionally comprise elastic material, such as permanently elastic plastic, rubber, silicone or a metallic spring or a spring made of plastic, whereby the openings of the flow channels 152 and / or the angle of one flow channel 152 or more flow channels 152 are adjustable relative to the surface of the nozzle plate 150 by deforming the material of the nozzle plate 150.
  • the adjustment can be carried out manually and / or via actuators, for example by means of the electrical, pneumatic, hydraulic or magnetic nozzle plate actuator.
  • the actuation of the actuators is advantageously predetermined by parameter settings via the parameter control signals pl and / or p2, controlled by the controller components rl and / or r2, in such a way that a controlled swirling can take place, with which synergy can be achieved together with the other parameter settings can gradually set the target temperature Tetasoll and / or the target efficiency Etasoll in the course of the control cycle.
  • the nozzle plate 150 optionally closes the intermediate space with at least one flow channel 152 or with a plurality of flow channels 152 between the electrodes 110, 120 such that the temperature control medium 2 is guided between the electrodes 110, 120 when circulating in the primary circuit 300.
  • the effect of the stimulating electrical control signal us (t) on the molecules or the molecular clusters of the tempering medium 2 is increased because the number of molecules flowing past the electrodes 110, 120 or molecular clusters in total and the number of molecules or molecular clusters that are not yet stimulated and are still to be stimulated flowing past electrodes 110, 120 is increased. Furthermore, the recombination of stimulated molecules or molecular clusters of the temperature control medium 2 in the primary circuit 300 is further supported.
  • Fig. L2b shows the top view of the nozzle plate from Fig. 1 la, Fig. 1 lb and Fig. L2a.
  • an exemplary flow channel twist angle 153 is shown between the entry of the temperature control medium into a flow channel 152 of the nozzle plate 150 and the exit of the flow channel 152 from the nozzle plate 150.
  • a stimulating electrical control signal us (t) is generated in a signal source 200 by synthesizing individual sine signals from individual sine signal generators 221, 221 ′ with a defined frequency, amplitude and phase relationship to one another and optionally a DC component from an optional offset source 222 Mixing in mixer 223 and by amplifying the resulting signal in amplifier 240.
  • the individual signal values are present as discrete-time digital quantities which a processor calculates in the electronic control unit of the inverter wave generator and which is controlled by a computer program stored there.
  • the individual digital signal values each represent a signal with a defined time curve of the signal amplitude.
  • the resulting signal thus follows a defined periodic function and its derivatives in Depending on the time, e.g. rectangle, pulse, triangle, sawtooth, sine or another periodic course.
  • a direct component from the optional offset source 222 can be added permanently or temporarily for a defined period in order to partially shift the stimulating electrical control signal us (t) into the positive range or negative range To shift the range, for example to compensate for any undesired DC components or to additionally mix a DC component with the stimulating control signal.
  • the result is converted from the digital value into an analog signal and after amplification in the amplifier 240 as a stimulating electrical control signal us ( t) the electrodes 1 10, 120 of the cell 1 of the inverter wave generator supplied.
  • the amplifier 240 processes the signal from the function signal generator 220 in electrical amplitude and power, which either directly or via the transformer 270 (see FIG. 3) translates as a stimulating electrical control signal us (t) to the electrodes 110, 120 of the Cell 1 of the inverter wave generator is created.
  • the input signal of the amplifier 240 is generated in the signal source 200, for example by the sine signals which can be controlled analog or digitally.
  • the analog signal is advantageously fed to the input of the controllable amplifier 240, which processes the input signal in electrical amplitude and power and thus either directly or via the transformer 270 (cf. 3) translates as a stimulating electrical control signal us (t) to the electrodes 110, 120 of the cell 1 of the inverter wave generator.
  • a DC component can also be added in order to partially shift an initially purely bipolar signal into the positive or negative range, for example to compensate for any undesired DC components or to additionally add a DC component to the stimulating control signal.
  • the analog signal is advantageously fed to the input of the analog amplifier 140, which can be controlled with respect to the amplification factor, which processes the signal in amplitude and power and thus translates it either directly or via the transformer 270 (see FIG. 3) as a stimulating electrical control signal us (t). forwards to the electrodes 1 10, 120 of the cell 1 of the inverter wave generator.
  • a direct component can optionally be added at the input of cell 1 of the inverter wave generator.
  • the frequency of the stimulating electrical control signal us (t) at the electrodes 110, 120 of the cell 1 is 0 Hz to 10 MHz. This frequency range provides the surprising effect of being able to be influenced with a high efficiency of over 100% by the stimulating electrical control signal us (t) for the temperature control of water molecules, because a thermal influence on the water dipoles has so far been effective only in the range of microwaves of greater than 2 GHz known by 60%.
  • the parameter setting of the controlled system 420 via the parameter control signals pi and / or p 2 takes place in this exemplary embodiment of the signal generation of the inverter wave generator by generating at least one sinusoidal signal in each case by the individual sinusoidal signal generators 221, 221 'with the controller component ri and / or i predetermined defined frequency and amplitude, in the case of a plurality of such sinusoidal individual signal components, by the defined individual frequencies predefined by the controller component n and / or n to the individual sine signal generators 221, 221 ′ and by predefined individually defined amplitudes and by predefined individually defined phase positions of the individual signals with respect to one another,
  • amplifier 240 optionally when using amplifier 240 on the basis of the amplifier setting for the amplitude of the signal applied to electrodes 110, 120 of cell 1,
  • each arranged outside the device of the inverter wave generator for the desired setpoint of the pH value is adjusted for these fluids in suitable tank containers, optionally by changing the conductivity in the temperature control medium 2, the defined conductivity of the temperature control medium 2 being adjusted via the conductivity metering pump and the exchange device 303, in the primary circuit 300 by suctioning off temperature control medium 2 and / or adding water with a conductivity of 0.055 pS / cm to 500 pS / cm, in particular from 0.1 pS / cm to 100 pS / cm and before partially from 10 pS / cm to 50 pS / cm, particularly advantageously by values
  • an intermittent time control of the parameter control signals pl and / or p2 for controlling the frequency generation, the amplitude control and / or the phase control and / or the filtering and / or the electrode spacing and / or the electrode area and / or the throughput and / or of the pH value and / or the conductivity and / or the static pressure and / or the dynamic pressure of the temperature control medium 2 and or of the nozzle plate actuator of the nozzles 151 of the nozzle plate 150.
  • Alternative exemplary embodiments include both the control system 420 in the case of analytical signal generation and the control system 420 in the case of synthetic signal generation in the analog or digital version, for example already during the signal generation in the function signal generator 220 or in the signal path thereafter by admixing a direct component or an offset from one optional offset generator 222, 260 for the stimulating electrical control signal us (t) applied to the electrodes 110, 120 of the cell 1 of the inverter wave generator permanently or temporarily defined unipolar Course and / or permanent or temporarily defines bipolar course or temporarily defines partial bipolar course.
  • the stimulating electrical control signal us (t) can be completely suspended for defined time intervals or partially suspended, for example by lowering the amplitude, in order, for example, to allow the temperature control medium 2 to be recombined during breaks.
  • the controller 410 is advantageous both in the control system 420 for analytical signal generation and in the control system 420 for synthetic signal generation in the electronic control unit of the inverter wave generator by a processor, in particular a signal processor with a program stored in the electronic control unit of the inverter wave generator Control of the method steps according to the invention, taking into account the recorded actual values and the predetermined target values.
  • the control cycles are relatively slow in the range of several seconds to minutes, since the detection of the actual value for the partially thermally determined efficiency Etaist is relatively sluggish, but also with regard to digitally generated signals, a clock frequency of over 100 MHz of the processor with regard to the Limit frequency of the harmonics to be processed of the stimulating electrical control signal us (t) at the electrodes 110, 120 of the cell 1 of up to 10 MHz is advantageous in order to avoid aliasing effects.
  • the slow control cycles are not a problem in connection with a heating / cooling system.
  • the parameter combinations are set in a program-controlled manner in the defined process steps by successively varying the parameter settings.
  • the variation of the parameter setting can advantageously be based on randomized methods such as a so-called Monte Carlo algorithm or a so-called Las Vegas algorithm. Algorithm or the like.
  • Successful parameter settings and their initial situation which, depending on the method, may also be unsuccessful, are advantageously stored in a memory device of the electronic control unit of the inverter wave generator and, depending on the initial situation, selected again later with higher priority and saved again if successful.
  • control unit 400 “learns” from its previous successfully and possibly also not successfully carried out parameter settings and can thus, depending on the dimensions of the inverter wave generator and depending on its operating conditions, itself and the controller for successful parameter settings for generating the Successively optimize the stimulating control signal.
  • the control unit 400 can advantageously have a self-adaptive function, the control unit 400 in addition to the properties of the stimulating electrical control signal us (t), the nature, in particular the conductivity and / or the throughput and / or the pressure of the temperature control medium 2 and / or the electrode spacing Electrodes 110, 120 and / or the effective opposing electrode surface of the electrodes 110, 120 and / or the nozzle surface of the nozzles 151 and / or the exit angle of the nozzles 151, controlled and corrections made continuously via the parameter control signals pl and / or p2, by successfully and / or unsuccessfully performing parameter settings and their initial situation are stored in a storage device of the device and selected at a later time with higher priority and optionally saved again if successful.
  • the stimulating electrical control signal us (t) the nature, in particular the conductivity and / or the throughput and / or the pressure of the temperature control medium 2 and / or the electrode spacing
  • controllers and / or advantageously so-called “fuzzy controllers” can also be used in the exemplary embodiment of the controlled system 420 with analytical signal generation and in the exemplary embodiment of the controlled system 420 with synthetic signal generation, which, in contrast to narrowly tolerated values enable the use of widely tolerated "unsharp" value ranges.
  • “fuzzy controllers” are advantageously suitable for implementing the technical process with optionally several input and output variables with changing mutually influencing parameters and non-linear subsystems.
  • the control unit 400 advantageously optimizes itself independently via the self-learning function.
  • the parameter settings are successively varied and adjusted via the parameter control signal pl and / or p2 until the deviation tends to zero or is eliminated. This is a continuous cybernetic process that takes place throughout the operation.
  • parameter sets that have already been successfully determined for a defined embodiment of the inverter wave generator are optionally stored as start values for the start-up of the control unit 400.
  • a conventional control unit 400 which operates according to cybernetic principles and may not be self-learning, can also be used.
  • the controller 410 advantageously adapts the heating power to the specified target values for Tetasoll and / or Etasoll, so that modulating operation takes place and exactly the heat or cold that is required is produced.
  • the temperature control medium 2 in the primary circuit 300 is supplied to a cell 1, comprising a first electrode 110 and a second electrode 120,
  • a stimulating electrical control signal us (t) is applied to the electrodes 110, 120 in direct electrical contact with the temperature control medium 2, whereby
  • the temperature control medium 2 in the cell 1 between the electrodes 110, 120 is exposed to an electrical field which influences the polarity of the particles of the temperature control medium 2 in accordance with their polarity and thereby changes the temperature Tetaist of the temperature control medium 2 in the primary circuit 300, the temperature control medium 2 is fed to the input of a heat exchanger 310 in the primary circuit 300 and at least partially releases thermal energy to the output of the heat exchanger 310 in the heat exchanger 310.
  • the method of transferring the electric field from the electrodes 110, 120 to the temperature control medium 2 can be carried out capacitively, without direct electrically conductive contact between the electrodes 110, 120 and the temperature control medium 2, in the following method steps:
  • the temperature control medium 2 in the primary circuit 300 of a cell 1, comprising a first electrode 110 and a second electrode 120,
  • the temperature control medium 2 in the cell 1 between the electrodes 110, 120 is exposed to an electric field which influences the orientation of the particles of the temperature control medium 2 in accordance with its polarity and thereby the
  • the heat exchanger 310 is supplied and in the heat exchanger 310 at least partially emits thermal energy to the outlet of the heat exchanger 310.
  • 41 1, 412 means for specifying the setpoint

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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 0,055µ S/cm bis 500µ S/cm aufweist.Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Temperierung eines Temperiermediums, das dipolare Teilchenumfasst.

Description

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Inverter-Wellengenerator zur Temperierung von Wasser und Verfahren zur
Temperierung eines Temperierroediums
1. 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 Ablaufoffhung für das Temperiermedium. Ferner umfasst die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Temperierung eines Temperiermediums wie beispielsweise Wasser.
2. 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 lonenkonzentration. Reines Wasser hat eine äußerst geringe Leitfähigkeit Durch Hinzufügen von Salzen, Säuren oder Basen werden in wässriger Lösung freibewegliche Ionen frei gesetzt. Dadurch steigt die Leitfähigkeit an. hi 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--lonen 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 sauerund einpH-Wertebereich von 7,1 bis 14 als basisch angenommen.
Wasser besteht aus einer Ansammlung von H20-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 H20-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 Bl eine Vorrichtung offenbart. Die EP 1 875 140 Bl 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 Zulaufoffnung 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 Molekülclustem, 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 26.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.
Das Temperiermedium
Das im Inverter-Wellengenerator verwendete dipolare Temperiermedium basiert auf Wasserstoffh rücken. 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 pS/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 pS/cm bis 500 pS/cm, insbesondere 0,1 pS/cm bis 100 pS/cm und vorteilhaft 10 pS/cm bis 50 pS/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 pS/cm bis 30 pS/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 ETnterstützung 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 Temperatumiveau 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 Temperatumiveau auf ein höheres Temperatumiveau. 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 ETnipolarität 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 Ehnhüllung des Temperiermediums zur Führung im Primärkreislauf innerhalb von Rohren, Pumpe und der Zelle umfasst entweder ein elektrisch leitendes Material wie beispielsweise Stahl, insbesondere Edelstahl, Messing, Bronze, Kupfer, Aluminium oder eine Legierung mit wenigstens diesen Bestandteilen, kohlenstoffhaltiges Material, beispielsweise kohlefaserverstärkten Kunststoff und/oder elektrisch nicht leitendes Material wie beispielsweise Kunststoff, Silikon, Gummi, Glas, Keramik, faserverstärkten Kunststoff, beispielsweise glasfaserverstärkten- oder elektrisch isolierten kohlefaserverstärkten Kunststoff.
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 ffequenzspektralen Anteilen des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) durch die Erzeugung von nicht sinusförmigen periodischen Spannungsverläufen mit beispielsweise periodischem pulsformigen, rechteckförmigen, sägezahnformigen, dreieckformigem Verlauf oder mit sonstigen periodischem Verlauf
Optional erfolgt per Analyse das anschließende Herausfiltem 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 ps 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 ps, bevorzugt mehr als 0,1 ps und die minimale Abfallzeit des periodischen stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) beträgt mehr als 0,01 ps, bevorzugt mehr als 0,1 ps.
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 LIS 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 iis, bevorzugter Weise mehr als 0,1 LIS und die minimale Abfallzeit des periodischen stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) beträgt mehr als 0,01 ps, bevorzugter Weise mehr als 0,1 us. 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 oder mit mehreren Temperatursensoren 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 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] 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.
Optional erfolgt zusätzlich zur spezifischen Wärmekapazität des Temperiermediums eine Bestimmung des Wirkungsgrades unter Einbeziehung von thermodynamischen Kennwerten weiterer Wärmekapazitäten der Komponenten im Primärkreis, beispielsweise der Rohre, der Rohrmontage, einer oder mehrerer Pumpen, der Sensoren, des Druckausgleichsbehälters, des Gasvolumens eines Innenraums bei einem geschlossenen System, des Gehäuses bei abgeschlossenem System sowie optional des Wärmetauschers und optional der Wärmekapazitäten der Komponenten des Sekundärkreises.
Ferner erfolgt optional die Bestimmung des Wirkungsgrades unter zusätzlicher Einbeziehung von thermodynamischen Kennwerten der Wärmeübergangswiderstände von Komponenten im Primärkreis, beispielsweise der Rohre, der Rohrmontage, einer oder mehrerer Pumpen, der Sensoren, des Druckausgleichsbehälters, des Gasvolumens eines Innenraums bei einem geschlossenem System, des Gehäuses bei abgeschlossenem System sowie optional des Wärmetauschers und optional der Komponenten des Sekundärkreises zu einem das System umgebenden Raum.
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] 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 oder mit mehreren Temperatursensoren 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.
Vorteilhafter Weise erfolgt optional die Erfassung der Temperatur des Temperiermediums im Primärkreislauf an mehreren Stellen im Primärkreislauf. Die einzelnen Temperaturen werden dabei durch Berechnung aufbereitet und zur weiteren Auswertung der Temperatur Tetaist im Primärkreislauf entweder als Temperaturwert oder als Temperaturdifferenz an den Regler weitergeleitet.
Vorteilhaft erfolgt in einem Ausführungsbeispiel die Messung der Temperatur am Eintritt der Zelle und am Austritt der Zelle. Aus den beiden Temperaturwerten kann beispielsweise die durch die Zelle verursachte positive oder negative Temperaturdifferenz als Kriterium für den Istwert Tetaist für den Regler herangezogen werden.
Alternativ kann ein gewichteter Wert, beispielsweise der Mittelwert der beiden Temperaturwerte vor der Zelle und nach der Zelle, als Kriterium Tetaist für den Istwert für den Regler herangezogen werden.
Alternativ können mehrere Temperaturwerte im Primärkreislauf optional gewichtet als Kriterium für den Istwert Tetaist für den Regler herangezogen werden.
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 di beziehungsweise d2. Diese kann jeweils das Kriterium für die Steuerung der Regelstrecke durch eine
Reglerkomponente n und/oder Reglerkomponente r2 bilden. Die Regelstrecke kann die Parametereinstellungen aufgrund der steuernden Vorgaben über ein Parameter-Steuersignal pi der Reglerkomponente n 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 pulsformigen 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 n und/oder Reglerkomponente r2 definierte Frequenzspektrum bezüglich der jeweiligen Frequenz, Amplitude und Phasenlage.
Optional kann, gesteuert von der Reglerkomponente n 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 pi und/oder Parameter-Steuersignale p2 kann bei dem Ausführungsbeispiel der Signalerzeugung in der Signalquelle durch Analyse durch Veränderung der Kurvenfünktion 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 Feistungsendstufe 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 Steuerungsparametem 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 lOMHz 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 pi 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 ri und/oder Reglerkomponente r2 vorgegebener definierter Frequenz und Amplitude,
bei mehreren solcher sinusförmigen Einzelsignalanteile durch die von der Reglerkomponente n 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 ETmsetzung 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 ETmsetzung 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 pl und/oder Parameter- Steuersignale p2, gesteuert durch die Reglerkomponente rl 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. 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 Zulaufoffnung und/oder an der Ablaufoffhung 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 Düsenplatte umfasst wenigstens eine Düse, die wenigstens eine Düsenbohrung mit einem Strömungskanal aufweist. 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 pl und/oder p2, gesteuert durch die Reglerkomponente rl 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. Optional umfasst die Düsenplatte wenigstens eine Düse, die wenigstens einen Strömungskanal aufweist, bei welchem die Eintrittsöffnung gegenüber der Austrittsöfinung um wenigstens 1 Grad versetzt ist und der Strömungskanal von der Eintrittsöffnung stufig oder kontinuierlich zur Austrittsöfinung übergeht, wodurch ein durchströmendes Temperiermedium in der Düsenplatte eine Drehung um wenigstens 1 Grad erfährt, welche sich nach dem Verlassen der Düsenplatte im Primärkreislauf spriralformig fortsetzen kann.
Die Drehung eines Strömungskanals kann von 1 Grad bis zu mehreren ETmdrehungen um jeweils 360 Grad umfassen. Vorteilhafter Weise ist die Verdrehung eines oder mehrerer Strömungskanäle optional manuell oder über einen Aktuator einstellbar ausgeführt.
Vorteilhafter Weise umfasst die Düsenplatte mehrere parallel angeordnete Strömungskanäle bei welchen die Eintrittsöffnung gegenüber der Austrittsöffhung um wenigstens 1 Grad versetzt ist und der Strömungskanal von der Eintrittsöffnung stufig oder kontinuierlich schraubenförmig zur Austrittsöffnung übergeht, wodurch ein durchströmendes Temperiermedium in der Düsenplatte eine Drehung um wenigstens 1 Grad erfährt, welche sich nach dem Verlassen der Düsenplatte im Primärkreislauf spriralformig fortsetzen kann.
In einem weiteren vorteilhaften 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 Düsenplatte kann festes Material, beispielsweise Metall, Kunststoff oder Glas, umfassen.
Vorteilhaft kann das Material der Düsenplatte alternativ oder zusätzlich elastisches Material, wie beispielsweise dauerelastischen Kunststoff, Gummi, Silikon oder eine metallische Feder oder eine Feder aus Kunststoff, umfassen, wodurch die Öffnungen der Strömungskanäle und/oder der Winkel eines Strömungskanals oder mehrerer Strömungskanäle relativ zur Oberfläche der Düsenplatte durch Verformung des Materials der Düsenplatte verstellbar sind.
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 pl und/oder p2, gesteuert durch die Reglerkomponente rl 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 T etasoll und/oder der Soll-Wirkungsgrad Etasoll einstellen kann.
Optional schließt die Düsenplatte in den genannten Ausführungsbeispielen mit wenigstens einem Strömungskanal oder mit mehreren Strömungskanälen den Zwischenraum zwischen den Elektroden derart ab, dass das Temperiermedium beim Zirkulieren im Primärkreislauf vorrangig zwischen den Elektroden geführt wird.
Durch Verwirbelung des Temperiermediums zwischen den Elektroden der Zelle wird die Wirkung des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) auf die Moleküle des Temperiermediums erhöht, weil die Anzahl der an den Elektroden vorbeiströmenden Moleküle oder Molekül-Cluster insgesamt und die Anzahl der dabei an den Elektroden vorbeiströmenden noch nicht stimulierten und noch zu stimulierenden Moleküle oder Molekül-Cluster erhöht wird. Ferner wird die Rekombination von stimulierten Molekülen oder Molekül-Clustern des Temperiermediums im Primärkreis weiter unterstützt. 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.
Kurze Beschreibung der begleitenden Figuren
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, Fig. 1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Zelle eines Inverter-Wellengenerators im Fängsschnitt,
Fig. 2 das Blockschema eines bevorzugten Ausführungsbeispiels einer Signalquelle und der Anordnung der Zelle im Primärkreislauf,
Fig. 3 das Blockschema eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Signalquelle mit einem Transformator und der Anordnung der Zelle im Primärkreislauf, Fig. 4 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für den Aufbau einer optionalen
Düsenplatte zur Verwirbelung eines Temperiermediums,
Fig. 5 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel für den Aufbau der optionalen
Düsenplatte zur Verwirbelung des Temperiermediums,
Fig. 6a ein Beispiel für den Verlauf von bipolaren Amplitudenanteilen unterschiedlicher
Frequenz eines Signals mit wechselnder Polarität im Zeitbereich, Fig. 6b das Frequenzspektrum eines bipolaren Signals mit Amplitudenanteilen unterschiedlicher Frequenz mit wechselnder Polarität im Frequenzbereich, Fig. 7a ein Beispiel für den Verlauf von unipolaren Amplitudenanteilen unterschiedlicher Frequenz eines Signals mit gleichbleibender Polarität im
Zeitbereich,
Fig. 7b das Frequenzspektrum eines unipolaren Signals mit Amplitudenanteilen unterschiedlicher Frequenz mit gleichbleibender Polarität im Frequenzbereich,
Fig. 8 das Blockschema der beispielhaft umgesetzten dezentralen Mehrgrößen- Regeleinheit,
Fig. 9 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Regelstrecke bei analytischer
Signalerzeugung,
Fig. 10 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel für eine Regelstrecke bei synthetischer
Signalerzeugung,
Fig. 1 la die perspektivische Ansicht einer Düsenplatte in der Sicht von unten,
Fig. 1 lb die perspektivische Ansicht einer Düsenplatte in der Sicht von oben,
Fig. l2a die Sicht von unten, einen Schnitt AA von der Seite und die Vorderansicht einer
Düsenplatte und
Fig. l2b die Draufsicht einer Düsenplatte. Gemeinsame Bezugszeichen werden in den Figuren durchgehend verwendet, um ähnliche Merkmale anzuzeigen.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Das in Fig. 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 Fig. 9 und Fig. 10) und/oder Mittel zur Erzeugung einer dynamischen Druckdifferenz 302wie etwa eine elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch betriebene Pumpe (dargestellt in Fig. 9 und Fig. 10) und/oder eine Anordnung zur Unterstützung von Konvektion durch Temperaturunterschiede bewegbar. Dabei tritt das Temperiermedium 2 über eine Zulaufoffnung 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 Ablaufö ffhung 50 aus der Zelle 1 in einen Primärkreislauf 300 (dargestellt in Fig. 2, Fig. 3, Fig. 9 und Fig. 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 Fig. 2, Fig. 3, Fig. 9 und Fig. 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 Temperatumiveau des Sekundärkreises 320 anhebt (heizt) oder absenkt (kühlt).
Die Zelle 1 umfasst eine erste Elektrode 1 10 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 1 10, 120 und/oder deren Abstand wird dabei vorteilhaft von einer Steuerung einer Regeleinheit 400 (dargestellt in Fig. 8, Fig. 9 und Fig. 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 Fig. 9 und Fig. 10) der Regeleinheit 400 (dargestellt in Fig. 8) über ein Parameter-Steuersignal pi und/oder ein Parameter-Steuersignal p2, gesteuert durch eine Reglerkomponente n 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 pS/cm bis 200 S/m auf.
In der Synergie mit weiteren erfindungsgemäßen Parametern, welche über ein Parameter- Steuersignal pl 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: I. weitgehend gasfreie Temperierung
Zur weitgehend gasfreien Temperierung des Temperiermediums 2 wird vorteilhafter Weise eine niedere bis mittlere Leitfähigkeit von 0,055 pS/cm bis 500 pS/cm, insbesondere 0,1 pS/cm bis 100 pS/cm, bevorzugter Weise 10 pS/cm bis 50 pS/cm des Temperiermediums 2 verwendet, wobei sich Werte von 20 pS/cm bis 30 pS/cm in der Synergie mit weiteren erfindungsgemäßen Parametern, welche über die Parameter-Steuersignale pl und/oder p2 gesteuert werden, als besonders vorteilhaft erwiesen haben.
II. Temperierung des T emperiermediums 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 1 10, 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 Temperatumiveau 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 1 10, 120 der Zelle 1 des Inverter- Wellengenerators angelegte stimulierende elektrische Steuersignal us(t) eine definierte Unipolarität ohne Wechsel der Polarität (beispielsweise dargestellt in Fig. 7a) oder eine definierte Bipolarität mit Wechsel der Polarität (beispielsweise dargestellt in Fig. 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) hegt 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 1 10, 120, der Leitfähigkeit des Temperiermediums 2 und des Spitze-Spitze-Werts der elektrischen Spannungsamplitude des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) sind der folgenden T abelle 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.
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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 T abellenbeispielen 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 Fig. 1 ist an der Ablaufoffnung 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 -Frequenz- Anteilen 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 1 10, 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.
Fig. 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 1 10 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 herauszufiltem 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 21 1 und 212 (in Fig. 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 ps 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 ps, bevorzugt mehr als 0,1 ps.
Je nach Zustand des Temperiermediums 2 kann es zweckmäßig sein, dauerhaft oder für eine definierte, von der Regeleinheit 400 (dargestellt in Fig. 8) vorzugebende Zeit das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) mit dauerhahem 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 Fig. 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.
Fig. 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. Lim gegenüber dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 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.
Fig. 4 und Fig. 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. Optional umfasst die Düsenplatte 150 eine oder mehrere Düsen 151 mit jeweils wenigstens einem Strömungskanal 152 (dargestellt in Fig. l lb, Fig. l2a und Fig. l2b). Fig. 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.
Fig. 5 zeigt beispielhaft die Draufsicht und den Schnitt A-B der Düsenplatte 150 mit entlang der Längsachse L (vgl. Fig. 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 pi und/oder p2, gesteuert durch die Reglerkomponente n und/oder r2.
Fig. 6a zeigt ein Beispiel für ein bipolares Frequenzspektrum des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) im Sinne einer fouriertransformierten Darstellung mit einzelnen Amplituden unterschiedlicher Frequenz fl, f2, ß, f4 und bipolarer, das heißt wechselnder Polarität im Zeitbereich. Fig. 6b zeigt das Amplitudenspektrum fl , G, ß, f4 im Frequenzbereich. Im Zeitbereich gemäß Darstellung in Fig. 6a weisen die Amplituden der verschiedenen beispielhaften sinusförmigen Frequenzanteile fl, G, ß, 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 Fig. 6b findet sich die vollständige Bipolarität wieder, indem kein Gleichanteil (DC oder DC-Offset) neben den Anteilen fl , G, ß, f4 im Frequenzspektrum vorhanden ist.
Fig. 7a zeigt ein Beispiel für ein unipolares Frequenzspektrum des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) im Sinne einer fouriertransformierten Darstellung mit einzelnen Amplituden unterschiedlicher Frequenz fl , G, ß, f4 und nicht wechselnder Polarität im Zeitbereich. Fig. 7b zeigt das Amplitudenspektrum im Frequenzbereich.
Im Zeitbereich gemäß Darstellung in Fig. 7a weisen in diesem Beispiel die Amplituden der verschiedenen sinusförmigen Frequenzanteile fl, G, ß, 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 Fig. 7b wird die Unipolarität durch einen Gleichanteil (DC oder DC-Offset) neben den Anteilen fl , G, ß, f4 im Frequenzspektrum repräsentiert, der die Frequenzanteile fl, G, ß, 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 1 10, 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 Fig. 8 dargestellt) in ein unipolares Signalgemisch und/oder bipolares Signalgemisch und/oder eine Mischform aus beiden Signalformen vorgesehen werden.
Fig. 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 pl und/oder p2 zur Steuerung der Elemente der Regelstrecke 420 (dargestellt in Fig. 9 und Fig. 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 ETpdates zur Programmierung der elektronischen Steuerungseinheit des Inverter- Wellengenerators herunterladen oder Daten hochladen zu können. Im Ausführungsbeispiel der über die Parameter-Steuersignale pl und/oder p2 prozessorgesteuerten Signalquelle 200 (dargestellt in Fig. 9 und Fig. 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 1 10, 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 pl 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 Fig. 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
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]
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 Zuführ 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] 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. Optional umfasst das Mittel zur Istwerterfassung 422 mehrere Temperatursensoren, mit welchen durch Differenzbildung und/oder durch gewichtete Auswertung der einzelnen Temperaturmesswerte 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 dl beziehungsweise d2. Diese bildet jeweils das Kriterium für die Steuerung der Regelstrecke 420 durch die Reglerkomponente rl und/oder Reglerkomponente r2. Die Reglerkomponente rl 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 pl 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 Fig. 2), der optionalen Offsetquelle 260 des Verstärkers 240, der Signalquelle 200 (dargestellt in Fig. 9), der Sinus- Signalgeneratoren 221 , 22 G, einer optionalen Offsetquelle 222, eines Mischers 223 des Verstärkers 240, der Signalquelle 200 (dargestellt in Fig. 10), der Primärkreislaufpumpe 302, der Feitfähigkeit-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 pl beziehungsweise p2 der jeweiligen Reglerkomponente rl 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 41 1 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 dl oder d2 und bildet im Regler 410 durch eine Reglerkomponente rl und/oder eine Reglerkomponente r2 ein Parameter-Steuersignal pl und/oder ein Parameter-Steuersignal p2, mit welchem eine Regelstrecke 420 derart steuerbar ist, dass die Regelabweichung dl 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 , 22 G und/oder einer optionalen Offsetquelle 222 und/oder eines Mischers 223 und/oder der optionalen Offsetquelle 260 und/oder des Verstärkers 240 der Signalquelle 200 und/oder der Primärkreislaufpumpe 302 und/oder der Feitfähigkeit-
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 pl der Reglerkomponente rl und/oder über das Parameter-Steuersignal p2 der Reglerkomponente r2 derart steuerbar, dass die Regelabweichung dl 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.
Fig. 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 FTnipolarität 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 pl und/oder des Parameter-Steuersignales p2 die Parametereinstellungen beispielsweise eines Funktions-Signalgenerators 220, eines optionalen Filters 230 oder eines optionalen Filters 250 (dargestellt in Fig. 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 p 1 beziehungsweise p2 der jeweiligen Reglerkomponente rl 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 pi 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 1 10, 120 der Zelle 1 angelegten stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t),
- durch eine an den Elektroden 1 10, 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 Fig. 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 1 10, 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 1 10, 120 der Zelle 1 angelegten stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t),
optional durch Veränderung des pH-Werts im T emperiermedium 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 Fauge 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 Feitfähigkeit im Temperiermedium 2, wobei die definierte Feitfähigkeit des Temperiermediums 2 über die Feitfähigkeits-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 pS/cm bis 500 pS/cm, insbesondere von 0,1 pS/cm bis 100 pS/cm und vorteilhafter Weise von 10 pS/cm bis 50 uS/cm, besonders vorteilhafter Weise mit Werten von 20 pS/cm bis 30 pS/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 1 10, 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 pl 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.
Fig. 1 1 zeigt die perspektivische Ansicht einer Düsenplatte in der Sicht von unten. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Düsenplate 150 eine einzelne Düse 151 , aus der das Temperiermedium 2 mit verwirbelten Strömungsvektoren v‘ austrit. Die Verwirbelung des Temperiermediums 2 wird durch wenigstens einen Strömungskanal 152 (dargestellt in Fig. 1 lb) innerhalb der Düsenplate 150 erzeugt.
Fig. 1 lb zeigt die perspektivische Ansicht der Düsenplatte aus Fig. 1 la in der Sicht von oben. Die Düsenplate 150 umfasst drei Strömungskanäle 152, in welchen das Temperiermedium 2 eintrit und innerhalb der Düsenplatte 150 verwirbelt wird. Fig. l2a zeigt eine Düsenplate gemäß Fig. l la und Fig. l lb in der Sicht von unten, einem Schnitt AA von der Seite und in der Vorderansicht.
Die Düsenplatte 150 umfasst in diesem Ausführungsbeispiel drei Strömungskanäle 152, bei welchen die Eintrittsöffhung gegenüber der Austritsöffnung um einen Strömungskanal- Verdrehungswinkel 153 von wenigstens 1 Grad versetzt sind und ein Strömungskanal 152 von der Eintritsöffhung stufig oder kontinuierlich zur Austritsöffnung übergeht, wodurch ein durchströmendes Temperiermedium 2 in der Düsenplate 150 eine Drehung um wenigstens 1 Grad erfährt, welche sich nach dem Verlassen der Düsenplatte 150 spriralformig im Primärkreislauf 300 fortsetzen kann.
Der Strömungskanal-Verdrehungswinkel 153 kann von 1 Grad bis zu mehreren schraubenförmigen Ehndrehungen um jeweils 360 Grad umfassen. Vorteilhaft ist die Verdrehung der Strömungskanäle optional manuell oder über einen Aktuator einstellbar ausgeführt.
Vorteilhaft umfasst die Düsenplate 150 mehrere parallel angeordnete Strömungskanäle 152, bei welchen die Eintritsöffhung gegenüber der Austrittsöffnung um wenigstens 1 Grad versetzt ist und der Strömungskanal 152 von der Eintrittsöffhung stufig oder kontinuierlich schraubenförmig zur Austrittsöffnung übergeht, wodurch ein durchströmendes Temperiermedium 2 in der Düsenplatte 150 eine Drehung um wenigstens 1 Grad erfährt, welche sich nach dem Verlassen der Düsenplate 150 im Primärkreislauf 300 spriralformig fortsetzen kann. Die Drehung der Strömungskanäle 152 kann von 1 Grad bis zu mehreren schraubenförmigen Umdrehungen um jeweils 360 Grad umfassen. Vorteilhaft ist die Verdrehung der Strömungskanäle optional manuell oder über einen Aktuator einstellbar ausgeführt.
Die Düsenplatte 150 des dargestellten Ausführungsbeispiels kann verstellbare Strömungselemente (nicht dargestellt) umfassen, deren Öffnungen und/oder Winkel relativ zur Oberfläche der Düsenplatte 150 verstellbar sind. Dabei kann die Öffnung und/oder der Austrittswinkel der Düse in der Düsenplatte 150 verstellbar und feststellbar angeordnet sein, beispielsweise über eine bezüglich der Düsenplatte 150 verdrehbare Lochscheibe (nicht dargestellt) und/oder ein verstellbares Rohrstück (nicht dargestellt), welche die Öffnung und/oder die in Flussrichtung schraubenförmigen Austrittswinkel der Düsen steuern.
Die Düsenplatte 150 umfasst festes Material, beispielsweise Metall, Kunststoff, oder Glas. Vorteilhaft kann das Material der Düsenplatte 150 alternativ oder zusätzlich elastisches Material, wie beispielsweise dauerelastischen Kunststoff, Gummi, Silikon oder eine metallische Feder oder eine Feder aus Kunststoff, umfassen, wodurch die Öffnungen der Strömungskanäle 152 und/oder der Winkel eines Strömungskanals 152 oder mehrerer Strömungskanäle 152 relativ zur Oberfläche der Düsenplatte 150 durch Verformung des Materials der Düsenplatte 150 verstellbar sind.
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 pl und/oder p2, gesteuert durch die Reglerkomponente rl 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. Optional schließt die Düsenplatte 150 in den genannten Ausführungsbeispielen mit wenigstens einem Strömungskanal 152 oder mit mehreren Strömungskanälen 152 den Zwischenraum zwischen den Elektroden 1 10, 120 derart ab, dass das Temperiermedium 2 beim Zirkulieren im Primärkreislauf 300 zwischen den Elektroden 110, 120 geführt wird.
Durch Verwirbelung des Temperiermediums 2 zwischen den Elektroden 1 10, 120 der Zelle 1 wird die Wirkung des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) auf die Moleküle oder die Molekülcluster des Temperiermediums 2 erhöht, weil die Anzahl der an den Elektroden 1 10, 120 vorbeiströmenden Moleküle oder Molekülcluster insgesamt und die Anzahl der dabei an den Elektroden 110, 120 vorbeiströmenden noch nicht stimulierten und noch zu stimulierenden Moleküle oder Molekülcluster erhöht wird. Ferner wird die Rekombination von stimulierten Molekülen oder Molekülcluster des Temperiermediums 2 im Primärkreis 300 weiter unterstützt.
Fig. l2b zeigt die Draufsicht der Düsenplatte aus Fig. 1 la, Fig. 1 lb und Fig. l2a.
Dargestellt ist insbesondere ein beispielhafter Strömungskanal-Verdrehungswinkel 153 zwischen dem Eintritt des Temperiermediums in einen Strömungskanal 152 der Düsenplatte 150 und dem Austritt des Strömungskanals 152 aus der Düsenplatte 150.
Fig. 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 n und/oder der Reglerkomponente r2 definierte Frequenzspektrum bezüglich der jeweiligen Frequenz, Amplitude und Phasenlage. Optional kann, gesteuert von der Reglerkomponente rl 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 1 10, 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. Fig. 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 , 22 G 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. Fig. 3) übersetzt als stimulierendes elektrisches Steuersignal us(t) an die Elektroden 1 10, 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. Fig. 3) übersetzt als stimulierendes elektrisches Steuersignal us(t) an die Elektroden 1 10, 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 pi 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 ri und/oder i vorgegebener definierter Frequenz und Amplitude, bei mehreren solcher sinusförmigen Einzelsignalanteile durch die von der Reglerkomponente n und/oder n 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 1 10, 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 T emperiermedium 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 pS/cm bis 500 pS/cm, insbesondere von 0,1 pS/cm bis 100 pS/cm und vorteilhafter Weise von 10 pS/cm bis 50 pS/cm, besonders vorteilhafter Weise durch Werte von 20 pS/cm bis 30 pS/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 1 10, 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 pl 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 1 10, 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 1 10, 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 1 10, 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 pl und/oder p2 kontinuierlich Korrekturen vomimmt, 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 ETmsetzung 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 ETmsetzung 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 pl 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 V erfahrensschritten:
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 1 10, 120 auf das Temperiermedium 2 kapazitiv, ohne direkten elektrisch leitenden Kontakt zwischen den Elektroden 1 10, 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 1 10, 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. Liste der verwendeten Bezugszeichen
1 Zelle
2 Temperiermedium
10 Gehäuse
40 Zulauföffnung
50 Ablauföffnung
110 erste Elektrode
120 zweite Elektrode
140 Elektroden-Aktuator
150 Düsenplatte
151 Düse
152 Strömungskanal
153 Strömungskanal- V erdrehungswinkel
160, l60‘ Strömungselement
200 elektrische Signalquelle
21 1, 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
41 1, 412 Mittel zur Sollwertvorgabe
420 Regelstrecke
421 , 422 Mittel zur Istwerterfassung
423 Mittel zur Istwerterfassung zugeführter elektrischer Leistung Pzuist pl , p2 Parameter-Steuersignal
ri, r2 Reglerkomponente
us(t) stimulierendes elektrisches Steuersignal
Flussrichtung des Temperiermediums
verwirbelte Flussrichtung des Temperiermediums
Längsachse der Zelle 1

Claims

Patentansprüche
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 (1 10) 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 pS/cm bis 500 pS/cm aufweist.
2. Inverter- Wellengenerator nach Anspruch 1 , wobei das Temperiermedium (2) eine Leitfähigkeit im Bereich von 0,1 pS/cm bis 100 pS/cm, insbesondere im Bereich von 10 pS/cm bis 50 pS/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 (1 10, 120) definiert veränderbar ist.
5. Inverter- Wellengenerator nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Abstand der Elektroden (1 10, 120) und/oder die Fläche der Elektroden (1 10, 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 wenigstens eine Düse (151) zur Verwirbelung des Temperiermediums
(2) aufweist.
7. Inverter- Wellengenerator nach Anspruch 6, wobei die Düsenplatte (150) den Zwischenraum zwischen den Elektroden (1 10, 120) derart abschließt, dass das Temperiermedium (2) beim Zirkulieren im Primärkreislauf (300) zwischen den Elektroden (110, 120) geführt wird.
8. Inverter- Wellengenerator nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Düsenplatte (150) bezüglich der Öffnungs fläche und/oder des Austrittswinkels der Düsen (151) steuerbar ist.
9. Inverter- Wellengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zelle (1) an der Zulaufoffnung (40) und/oder an der Ablauföffhung (50) Strömungselemente (160, l60‘) aufweist.
10. 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.
1 1. Inverter- Wellengenerator nach Anspruch 10, wobei das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) einen periodischen Signalverlauf mit einer Wiederholfrequenz von 0,1 Hz bis 10 kHz aufweist.
12. Inverter- Wellengenerator nach Anspruch 11 , wobei das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) eine Pulsbreite von 0,2 LIS bis 8 s aufweist.
13. Inverter- Wellengenerator nach Anspruch 1 1 oder 12, wobei das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) eine minimale Anstiegszeit von mehr als 0,01 LIS und eine minimale Abfallzeit von mehr als 0,01 ps aufweist.
14. Inverter- Wellengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, wobei das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) eine definierte Unipolarität ohne Wechsel der Polarität aufweist.
15. Inverter- Wellengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, wobei das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) eine definierte Bipolarität mit Wechsel der Polarität aufweist.
16. Inverter- Wellengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 13, wobei das stimulierende elektrische Steuersignal us(t) eine teilweise Bipolarität mit teilweisem Wechsel der Polarität aufweist.
17. Inverter- Wellengenerator nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 16, wobei die Amplitude des stimulierenden elektrischen Steuersignals us(t) in Abhängigkeit von der Leitfähigkeit des Temperiermediums (2) und vom Elektrodenabstand der Elektroden (1 10, 120) und von der Elektrodenfläche der Elektroden (110, 120) einen Wert von 1 V Spitze-Spitze bis 100 kV Spitze-Spitze aufweist.
18. Inverter- Wellengenerator nach Anspruch 17, 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.
19. Inverter- Wellengenerator nach Anspruch 17, 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 (1 10, 120) einen Wert von 60 V Spitze-Spitze bis 1000 V Spitze-Spitze aufweist.
20. Inverter- Wellengenerator nach Anspruch 17, 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.
21. 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 (41 1) zur Vorgabe des angestrebten Wirkungsgrads Etasoll des Inverter- Wellengenerators .
22. System für einen Inverter-Wellengenerator nach Anspruch 21 , 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 (dl) 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 (rl) und/oder eine Reglerkomponente (r2) ein Parameter-Steuersignal (pl) und/oder ein Parameter- Steuersignal (p2) bildet, mit welchem eine Regelstrecke (420) derart steuerbar ist, dass die Regelabweichung (dl) und/oder (d2) sukzessive gegen Null strebt.
23. System für einen Inverter-Wellengenerator nach Anspruch 22, 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, 22 G) 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 (pl) der Reglerkomponente (rl) und/oder über das Parameter-Steuersignal (p2) der Reglerkomponente (r2) derart steuerbar sind, dass die Regelabweichung (dl) und/oder (d2) sukzessive gegen Null strebt.
24. System für einen Inverter-Wellengenerator nach einem der Ansprüche 21 bis 23, wobei die Regeleinheit (400) in einer elektronischen Steuerungseinheit des Inverter- Wellengenerators analog und/oder zumindest teilweise digital ausgeführt ist.
25. System für einen Inverter-Wellengenerator nach einem der Ansprüche 21 bis 24, 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 (1 10), (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 (pl) und/oder (p2) kontinuierlich Korrekturen vomimmt, 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.
26. Verfahren zum Betrieb eines Inverter-Wellengenerators in den folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Inverter- Wellengenerators nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 20, 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 (1 10, 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 Temperiennedium (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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