DE102009019287B4

DE102009019287B4 - Method for heating up soil, associated plant and their use

Info

Publication number: DE102009019287B4
Application number: DE200910019287
Authority: DE
Inventors: Dr. Diehl Dirk; Michael Koolman; Bernd Wacker
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2009-04-30
Filing date: 2009-04-30
Publication date: 2014-11-20
Anticipated expiration: 2029-05-01
Also published as: WO2010124932A2; DE102009019287A1; WO2010124932A3

Abstract

Verfahren zum Aufheizen von Erdböden mit Erdreich, das elektrisch beheizt wird, wobei ein induktives Heizverfahren angewandt wird, wobei das Erdreich durch hochfrequente elektromagnetische Felder im Bereich zwischen 10 und 200 kHz aufgeheizt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Array von stromführenden Leitern, welche separat angesteuert werden, verwendet wird.Method for heating soil with soil that is electrically heated, using an inductive heating method, the soil being heated by high-frequency electromagnetic fields in the range between 10 and 200 kHz, characterized in that an array of current-carrying conductors, which are controlled separately be used.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufheizen von Erdböden mit Erdreich, das elektrisch beheizt wird, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to a method for heating soil with soil, which is electrically heated, having the features of the preamble of claim 1.

Daneben bezieht sich die Erfindung auf die zugehörige Anlage sowie auf die Verwendung einer derartigen Anlage bzw. eines derartigen Verfahrens.In addition, the invention relates to the associated system and to the use of such a system or such a method.

Erdböden werden zu verschiedenen Zwecken aufgeheizt. Insbesondere kontaminierte Standorte – wie z. B. Kohlenwasserstoff-verunreinigte Böden – werden mittels in-situ-Verfahren dekontaminiert. Dabei ist ein Auskoffern des Erdbodens zu teuer. Manchmal befindet sich die kontaminierte Stelle unter einem Bauwerk, das nicht abgerissen sondern voll funktionsfähig bleiben soll.Soils are heated for various purposes. In particular, contaminated sites - such. B. hydrocarbon contaminated soils - are decontaminated by in situ process. It is a Auskoffern the soil too expensive. Sometimes the contaminated site is under a structure that should not be demolished but fully functional.

Meist ist es wünschenswert, den Erdboden von z. B. 5°C auf 30...40°C oder mehr aufzuheizen. Dadurch wird der mikrobakterielle Zersatz der Zielstoffe angeregt, da die Mikrobakterien bei höheren Temperaturen bessere Bedingungen zur Aktivität vorfinden. Bei weiterer Erhöhung der Temperatur wird die Mobilität der Schadstoffe verbessert, was den Einsatz komplementärer Verfahren ermöglicht, beispielsweise Bodenluftabsaugung.Most it is desirable to the ground of z. B. 5 ° C to 30 ... 40 ° C or more. This stimulates the microbial decomposition of the target substances, since the microbacteria find better conditions for activity at higher temperatures. As the temperature is further increased, the mobility of the pollutants is improved, allowing the use of complementary techniques, for example soil vapor extraction.

Kommt man bei letzterem Verfahren zum Siedepunkt des Wassers, spricht man von einem „Stripping”-Prozess, bei dem durch Wasserverdampfung ein noch höherer Schadstoffaustrag erreicht werden kann. Durch die Verdampfung wird ein Volumenstrom angeregt, welcher auf der Volumenvergrößerung Wasser/Wasserdampf beruht.If you come to the boiling point of the water in the latter method, it is called a "stripping" process in which an even higher pollutant discharge can be achieved by water evaporation. By evaporation, a volume flow is excited, which is based on the volume increase water / steam.

Es kann Ziel der Dekontaminationsstrategie sein, alle Temperaturbereiche zeitlich gesehen gezielt anzufahren und zu halten. Damit können biologische, chemische und physikalische Effekte genutzt werden.It may be the goal of the decontamination strategy to specifically approach and hold all temperature ranges in terms of time. Thus biological, chemical and physical effects can be used.

Mit dem sog. THERIS-Verfahren (Hiester et al., Wissenschaftlicher Bericht Nr. VEG 05, Institut für Wasserbau, Universität Stuttgart, 2003, Nr. 2003/14 – Abschlussbericht zur Phase II., http://.bwplus.fzk.de/index_projekte_datenbank.html) ist bereits eine Methode bekannt, flüssige organische Schadstoffe aus Erdböden durch Einbringen fester Wärmequellen auszutreiben. Dabei können elektrische Heizungen, beispielsweise zur dielektrischen Erwärmung, mittels Radiowellen zum Einsatz kommen (s. Habilitationsschrift H. Roland, Th. Bergakademie Freiberg 2006).With the so-called THERIS method (Hiester et al., Scientific Report No. VEG 05, Institute of Hydraulic Engineering, University of Stuttgart, 2003, No. 2003/14 - Final Report on Phase II., Http: //.bwplus.fzk. de / index_projekte_datenbank.html) is already known a method to expel liquid organic pollutants from soils by introducing solid heat sources. Electric heaters, for example for dielectric heating, can be used by means of radio waves (see Habilitationsschrift H. Roland, Th. Bergakademie Freiberg 2006).

Die thermischen Verfahren bedienen sich im Allgemeinen eines dielektrischen oder resistiven Aufheizprozesses. Neben diesen elektrischen Verfahren gibt es auch Möglichkeiten einer Bodenlüftung, wobei heiße Luft oder Dampf verwendet wird.The thermal methods generally use a dielectric or resistive heating process. In addition to these electrical methods, there are also ways of floor ventilation using hot air or steam.

Das resistive Verfahren wird beim Stripping Prozess so angewendet, dass Elektroden in den Erdboden verbracht werden. Die Elektroden werden mit einer Spannungsquelle verbunden, so dass durch den Erdboden ein resistiver Widerstand gebildet wird. Nachteil der Methode ist, dass der Strom sich leitfähige Pfade sucht, in welchen die Stromdichte am höchsten wird und die folglich austrocknen mit Verminderung der elektrischen Leitfähigkeit. Weiterhin ist an den Elektroden mit resistiven Übergangswiderständen zu rechnen, wobei mit der Zeit u. U. ein Verkoken der Elektroden auftreten kann. Die Methode erfordert weiterhin eine hohe Anzahl an vertikalen Elektroden, was es unmöglich macht, z. B. unter Gebäuden ohne Zerstörung des Fundamentes zu heizen. Gewöhnlich nimmt man 50 Hz oder 60 Hz Wechsel- oder Drehstrom oder Gleichstrom.The resistive process is used in the stripping process to place electrodes in the ground. The electrodes are connected to a voltage source, so that a resistive resistance is formed by the ground. Disadvantage of the method is that the current is looking for conductive paths in which the current density is highest and consequently dry out with a reduction in electrical conductivity. Furthermore, it can be expected at the electrodes with resistive contact resistance, with the time u. U. a coking of the electrodes may occur. The method also requires a high number of vertical electrodes, which makes it impossible, for. B. under buildings without destroying the foundation to heat. Usually one takes 50 Hz or 60 Hz alternating or three-phase current or direct current.

Wie erwähnt können alternativ für obigen Zweck auch Heizpatronen eingesetzt werden, was in der lokalen Wärmeverteilung allerdings eher ungleichmäßig bezüglich des Volumens ist und sich daher nicht bewährt hat.As mentioned, heating cartridges can alternatively be used for the above purpose, but this is rather uneven in terms of volume in the local heat distribution and therefore has not proven itself.

Eine bessere Methode ist bekanntermaßen das dielektrische Heizen. Hierbei werden die Dipole vornehmlich des Wasserdipols in Schwingung versetzt in einem Frequenzbereich größer 300 MHz, wobei idealerweise bei 2,45 GHz – wie in der Mikrowellentechnologie angewendet – die Resonanzfrequenz des Wasserdipols auftritt. Die dadurch entstehende Wärme heizt das im Erdreich natürlich vorhandene Wasser auf und demzufolge durch weitergehende Wärmeleitung auch die übrigen Erdstoffe.A better method is known to be dielectric heating. Here, the dipoles are mainly vibrated in the water dipole in a frequency range greater than 300 MHz, ideally at 2.45 GHz - as applied in microwave technology - the resonance frequency of the water dipole occurs. The resulting heat heats up the naturally occurring water in the soil and consequently by further heat conduction, the other resources.

Nachteil letzterer Methode ist, dass ebenfalls eine hohe Anzahl an Antennen notwendig ist, weil die Eindringtiefe des elektromagnetischen Feldes auf den Meterbereich begrenzt ist und über die Entfernung von der Antenne das Feld radial stark abfällt.Disadvantage of the latter method is that also a large number of antennas is necessary because the penetration depth of the electromagnetic field is limited to the meter range and over the distance from the antenna, the field radially drops sharply.

Alle bekannten Methoden haben den Nachteil, dass unerwünschte Temperaturgradienten entstehen und damit insgesamt die Aufheizung inhomogen abläuft.All known methods have the disadvantage that undesirable temperature gradients arise and thus the heating proceeds inhomogeneously.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben und eine zugehörige Anlage zu schaffen. Dazu sollen geeignete Anwendungen vorgeschlagen werden.The object of the invention is therefore to provide a method and to provide an associated system. For this purpose, suitable applications should be proposed.

Die Aufgabe wird für ein Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Eine zugehörige Anlage ist Gegenstand des Patentanspruches 12. Eine erfindungsgemäße Verwendung einer solchen Anlage unter Verwendung des angegebenen Verfahrens ist Inhalt des Patentanspruches 22. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens, der zugehörigen Anlage und der diesbezüglichen Verwendung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved for a method of the type mentioned according to the invention by the features of claim 1. An associated system is the subject of claim 12. An inventive use of such a system using the specified method is content of claim 22. Advantageous developments of the method, the associated system and the related use are specified in the dependent claims.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein induktives Heizverfahren mit einer Anlage, wie sie für die Anmelderin mit dem deutschen Patent DE 10 2007 040 605 B3 speziell im Zusammenhang mit der Ölsandförderung unter Schutz gestellt ist.The present invention is an inductive heating method with a system, such as those for the applicant with the German patent DE 10 2007 040 605 B3 specially protected in connection with the extraction of oil sand.

Die vorliegende Erfindung nutzt aus, dass die dort im Einzelnen beschriebene induktive Methode zur Heizung von oberflächennahem Erdbereich angewendet wird. Dabei wird eine geeignete Frequenz im Bereich von 10 kHz bis 200 kHz verwendet, welche von einem Umrichter erzeugt wird. Der Umrichter speist einen Induktor, welcher der Länge nach in zwei im Wesentlichen parallelen Strängen in den Erdboden eingebracht wird. Hierzu wird durch ein Horizontalbohrverfahren (sog. „horizontal directional drilling”) ein Verlauf gebohrt, welcher für den Induktor eine Schleife vorgibt, welche mit ihren Enden an den Hochfrequenz-Leistungsgenerator bzw. -Umrichter angeschlossen wird. Dabei können bei der Horizontalbohrung geeignete Krümmungen für die Induktorleitungen vorgegeben werden.The present invention takes advantage of the fact that the inductive method described there in detail is used for heating near-surface earth area. In this case, a suitable frequency in the range of 10 kHz to 200 kHz is used, which is generated by a converter. The inverter feeds an inductor which is inserted lengthwise in two substantially parallel strands into the ground. For this purpose, a course is drilled by a horizontal drilling method (so-called "horizontal directional drilling"), which predetermines a loop for the inductor, which is connected at its ends to the high-frequency power generator or converter. In this case, suitable curvatures for the inductor lines can be specified in the horizontal bore.

Bei der Erfindung wird also der Erdboden entsprechend seiner Leitfähigkeit kontaktlos aufgeheizt. Durch das immer vorhandene Wechselfeld um den Induktor werden im Erdboden Wirbelströme induziert, welche die Erwärmung verursachen. Dieser Effekt hat eine Eindringtiefe von bis zu ca. 50 m und propagiert sich selber weiter, indem an nicht mehr leitfähigen Stellen keine Wirbelströme erzeugt werden. Um den Induktor ist zunächst die höchste Leistungsdichte, nach außen hin verringert sich die Leistungsdichte deswegen, weil das aufzuheizende Volumen, radial vom Induktor weg gesehen, größer wird.In the invention, therefore, the ground is heated contactless according to its conductivity. Due to the ever-present alternating field around the inductor eddy currents are induced in the ground, which cause the heating. This effect has a penetration depth of up to about 50 m and propagates itself further by no eddy currents are generated at no longer conductive sites. To the inductor is initially the highest power density, towards the outside, the power density is reduced because the volume to be heated, seen radially away from the inductor, becomes larger.

Bei der Erfindung wird davon ausgegangen, dass 1 kW bis zu 10 kW bis 20 kW je Meter Länge des Induktors in den Erdboden eingebracht wird. Es ist je nach Leitfähigkeit und Volumen eine Aufheizzeit von mehreren Monaten bis Jahren notwendig. Durch gezieltes Einbringen leitfähiger Lösungen (z. B. Kochsalz- oder Meersalzlösung) ist eine Anhebung des Effektes an bestimmten Stellen oder großvolumig möglich.In the invention it is assumed that 1 kW up to 10 kW to 20 kW per meter length of the inductor is introduced into the ground. Depending on the conductivity and volume, a heating time of several months to years is necessary. Targeted introduction of conductive solutions (eg saline or sea salt solution) makes it possible to increase the effect at certain points or in large volumes.

Im Rahmen der Erfindung wird die Eindringtiefe durch Frequenz und Bodenleitfähigkeit bestimmt, wodurch im beheizten Erdreich ein Erwärmungsprofil eingestellt werden kann. Je kleinräumiger bzw. konzentrierter die Erwärmung erfolgen soll, desto höher muss die Frequenz gewählt werden. Dies kann sinnvoll sein, um die unerwünschte Erwärmung von Stahlarmierungen und Rohrleitungssystemen des Bauwerks zu vermindern.In the context of the invention, the penetration depth is determined by frequency and soil conductivity, whereby a heating profile can be set in the heated soil. The smaller or more concentrated the heating should be, the higher the frequency has to be chosen. This may be useful to reduce the unwanted heating of steel reinforcements and piping systems of the structure.

Weiterhin kann eine gezielte, kleinräumige Erwärmung erfolgen, indem Hin- und Rückleiter der Induktorschleife in geringem Abstand, beispielsweise von 2 bis 5 m, geführt werden, was beispielhaft in der älteren, nicht vorveröffentlichten deutsche Patentanmeldung DE 10 2008 044 953 A1 der Anmelderin erläutert wird.Furthermore, a targeted, small-scale heating can take place by leading and returning conductors of the inductor loop at a small distance, for example from 2 to 5 m, are performed, which is exemplified in the older, not previously published German patent application DE 10 2008 044 953 A1 the applicant is explained.

Wird eine Anlage benutzt, wie sie im Einzelnen in der älteren, nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung DE 10 2008 044 955 A1 der Anmelderin beschrieben ist, können bei der Dekontamination die Erwärmungsprofile durch eine geeignete Bestromung eines Arrays von Induktoren an die räumlichen Erfordernisse unter Berücksichtigung der Bodenleitfähigkeitsverteilung angepasst werden. Das Induktor-Array kann zeitlich variabel bestromt werden.If a plant is used, as described in detail in the older, not previously published German patent application DE 10 2008 044 955 A1 is described in the applicant, the heating profiles can be adapted to the spatial requirements, taking into account the soil conductivity distribution in the decontamination by a suitable energization of an array of inductors. The inductor array can be energized variable in time.

Der erfindungsgemäße Effekt hat eine Eindringtiefe von bis zu ca. 50 m. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass nunmehr auch unter Gebäuden oder anderen lokal schwierigen Stellen ein Aufheizen des Erdbodens erreicht werden kann, was mit den thermischen Methoden des Standes der Technik nicht zu ereichen ist.The effect of the invention has a penetration depth of up to about 50 m. It is particularly advantageous that now even under buildings or other locally difficult places a heating of the soil can be achieved, which is not to achieve with the thermal methods of the prior art.

Die erfindungsgemäße Aufheizung erfolgt kontaktlos. Die benötigte Fläche ist äußerst gering. Das neue Verfahren kann auch mit anderen Verfahren der Dekontaminierung kombiniert werden.The heating according to the invention is effected without contact. The required area is extremely low. The new method can also be combined with other methods of decontamination.

Mit der Erfindung ist also eine Technologie geschaffen, die besonders vorteilhaft im Rahmen eines effektiven Umweltschutzes einsetzbar ist. Anwendungsbeispiele für bebaute Gelände sind Tankstellen, für nicht bebaute Gelände die Sanierung von Truppenübungsplätzen oder anderer mit Öl oder dergleichen organischen Substanzen verunreinigter Betriebsgelände.The invention thus provides a technology which can be used particularly advantageously in the context of effective environmental protection. Application examples for built-up areas are filling stations, for non-built-up areas the rehabilitation of military training areas or other premises contaminated with oil or similar organic substances.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung in Verbindung mit den Patentansprüchen.Further details and advantages of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawing in conjunction with the claims.

Es zeigen jeweils in schematischer DarstellungEach show in a schematic representation

1 dreidimensional einen bevorzugten Anwendungsfall einer induktiven Heizung unter dem Betriebsgelände einer Tankstelle, 1 three-dimensional a preferred application of inductive heating under the premises of a gas station,

2 eine Projektion bzw. einen Schnitt längs der Linie X-X in 1, 2 a projection or a section along the line XX in 1 .

3 eine Draufsicht auf im Erdboden verlaufende Induktorleitungen mit variierendem Abstand von Hin- und Rückleiter, 3 a plan view of extending in the ground inductor with varying distance from the return conductor,

4 eine spezifische Schaltungsanordnung zum Aufheizen von Erdreich auf eine vorgegebene Temperatur bzw. zum Heizen auf vorgebbare, zeitlich und/räumlich veränderbare Temperaturprofile unter Verwendung von arrayartigen Induktorstrukturen, und 4 a specific circuit arrangement for heating soil to a predetermined temperature or for heating to predetermined, temporally and / or spatially variable temperature profiles using array-like inductor structures, and

5 eine Schaltungsanordnung zur Verwendung von mehreren separaten Generatoren mit unterschiedlichen Betriebsfrequenzen zur Verwendung bei der arrayartigen Induktorstruktur gemäß 4. 5 a circuit arrangement for using a plurality of separate generators with different operating frequencies for use in the array-like inductor structure according to 4 ,

In den Figuren haben gleiche Teile bzw. Einheiten gleiche bzw. sich entsprechende Bezugszeichen. Es wird dazu auch auf die oben bereits zitierten älteren deutschen Patentanmeldungen der Anmelderin verwiesen, auf deren Offenbarung teilweise zurückgegriffen wird.In the figures, like parts or units have the same or corresponding reference numerals. Reference is also made to the above-cited earlier German patent applications of the Applicant, the disclosure of which is partially recourse.

Vorgenannte Figuren werden nachfolgend teilweise einzeln oder aber gruppenweise gemeinsam beschrieben.The aforementioned figures are described below partly individually or in groups together.

1 zeigt ein bebautes Betriebsgelände als einen potentiellen Anwendungsfall der Erfindung im Rahmen eines gezielten Umweltschutzes. In 1 ist die Erdoberfläche mit 1 bezeichnet, die beispielsweise ein Betriebsgelände mit einer Tankstelle 2 als Beispiel für eine Funktionsbebauung enthält. Bei einem solchen Betriebsgelände ist das Erdreich des Erdbodens bei längerer Nutzung der Anlagen zwangsläufig mit kohlenwasserstoffreichen organischen Verunreinigungen kontaminiert. 1 shows a built-up premises as a potential application of the invention in the context of a targeted environmental protection. In 1 is the earth's surface with 1 denotes, for example, a site with a gas station 2 as an example of a functional building contains. In such an operating area, the soil of the soil is inevitably contaminated with hydrocarbon-rich organic contaminants during prolonged use of the plants.

Zur Dekontamination des Erdreiches erfolgt nunmehr vorteilhafterweise eine induktive Beheizung des Bodens über eine Induktoranordnung 10, die unterhalb der Bebauung mit einer Hinleitung 15 und einer Rückleitung 20 im Wesentlichen horizontal und gegeneinander bananenförmig geführt sind. Oberhalb des Erdbodens 1 befindet sich auf der einen Seite eine Schleife 25 als Verbindung der beiden Induktorleitungen 15, 20 und auf der anderen Seite wenigstens ein Hochfrequenzgenerator/-Umrichter 60. Die Induktorleitungen 15, 20 können bei bebautem Gelände über im Wesentlichen horizontal geführte Bohrungen geführt werden, die in 1 nicht im Einzelnen dargestellt ist. Dazu wird mit entsprechender Horizontal-Bohr-Technologie („horizontal drilling”) gearbeitet, die in der Fachwelt bekannt ist. Betrachtet wird ein Quader 100 als Einheitsvolumen.For decontamination of the soil is now advantageously an inductive heating of the soil via an inductor 10 , which are below the building with an outgoing line 15 and a return 20 are guided substantially horizontally and against each other banana-shaped. Above the ground 1 There is a loop on one side 25 as a connection of the two inductor lines 15 . 20 and on the other hand, at least one high frequency generator / inverter 60 , The inductor lines 15 . 20 in built - up areas, it is possible to use wells that are guided essentially horizontally, which are located in 1 is not shown in detail. This is done with appropriate horizontal drilling technology ("horizontal drilling"), which is known in the art. Consider a cuboid 100 as a unit volume.

Zur wirtschaftlichen Durchführung letzterer Horizontalbohr-Technologie muss beachtet werden, dass die Krümmungsradien der Bohrungen nicht zu klein werden. Derartige Vorgaben sind bei dem hier angegebenen Beispiel mit Bohrungen unterhalb der Bebauung zwingend zu berücksichtigen.For the economical implementation of the latter horizontal drilling technology, it has to be considered that the radii of curvature of the bores do not become too small. Such specifications are mandatory in the example given here with holes below the development.

2 gibt einen Schnitt bzw. eine Projektion in Richtung auf die Schnittlinie X-X in 1 wieder. Erkennbar ist in dieser Darstellung – Schnitt parallel zum Einheitsquader 100 aus 1 – das unterirdische Erdreich 5 mit den beiden Induktorleitungen 15, 20, die sich in vorgegebener Tiefe d von der Erdoberfläche befinden und untereinander einen definierten Abstand a_i haben. Der Luftbereich (sog. ”Overburden”) ist in 2 mit dem Bezugszeichen 6 gekennzeichnet und hat in dieser Darstellung keine Bebauung. 2 gives a cut or a projection in the direction of the section line XX in 1 again. Recognizable in this representation - section parallel to the unit cuboid 100 out 1 - the underground soil 5 with the two inductor lines 15 . 20 which are located at a predetermined depth d from the earth's surface and have a defined distance a _{i between} them. The air area (so-called "Overburden") is in 2 with the reference number 6 marked and has no development in this illustration.

Wie aber oben bereits erwähnt, ist speziell in 1 eine Anwendung bei einem bebauten Gelände wiedergegeben worden, bei dem es darauf ankommt, die Bohrungen im Erdboden unter den Gebäuden, beispielsweise einer Tankstelle oder einem Fabrikgelände, ohne deren Funktionsstörung vorzunehmen.As mentioned above, is specifically in 1 an application has been made to a built-up area where it is important to make the holes in the ground under the buildings, such as a gas station or a factory site, without their malfunction.

Abweichend von letzterem Anwendungsfall kann es sich aber auch um unbebautes Gelände, beispielsweise einen aufgelassenen Truppenübungsplatz, handeln. Wie die Erfahrungen zeigen, wurden in der Vergangenheit gerade hier unter Außerachtlassen jeglichen Umweltschutzes organische Materialien entsorgt, d. h. im Erdboden vergraben oder bei entsprechender Viskosität einfach in das Erdreich abgelassen.Deviating from the latter application, it may also be undeveloped terrain, for example, an abandoned military training area act. Experience has shown that in the past, organic materials were disposed of here, ignoring all environmental protection. H. buried in the ground or simply released into the ground with appropriate viscosity.

Weitere Anwendungsbeispiele sind Mülldeponien oder Industriebrachen, die in zunehmendem Maße nach ihrer bestimmungsgemäßen Nutzung einer umweltgerechten Verwendung, beispielsweise auch Wohnzwecken, zugeführt werden sollen, ohne dass das Erdreich komplett ausgetauscht werden muss. Gerade in solchen Fällen sind aber vorher gezielte Umweltschutzmaßnahmen durchzuführen, wie die in vorliegender Patentanmeldung im Einzelnen beschrieben sind.Further application examples are landfills or brownfields, which are to be increasingly supplied to their intended use of environmentally sound use, for example, residential purposes, without the soil must be completely replaced. Precisely in such cases, however, targeted environmental protection measures have to be carried out, as described in detail in the present patent application.

In 3 ist dargestellt, dass bei einer Anordnung entsprechend 1/2 die in diesem Fall im Erdboden geführten Induktionsleitungen 15 und 20 nicht parallel mit konstantem Abstand verlaufen brauchen. Vielmehr haben sie abschnittsweise unterschiedliche Abstände a_i, was den Gegebenheiten der Stätte angepasst werden kann. Sie können je nach den geologischen Bedingungen untereinander Abschnitte für eine induktive Wechselwirkung haben und dort sehr eng geführt sein, so dass sich die Magnetfelder kompensieren. Insbesondere für den Fall, dass im Bereich 100 ein Hindernis 30 vorhanden ist, das einen so genannten „tauben” Bereich darstellt, wie z. B. Massivstein o. dgl., kann dort die parallele Anordnung der Leitungen 15/20 um diesen Bereich eng herumgeführt werden und sich hinter dem Hindernis 30 wieder erweitern, um die induktive Heizwirkung zu generieren. Insgesamt ergibt sich wiederum in bekannter Weise eine Leiterschleife, die insbesondere überirdisch geschlossen wird, was fertigungstechnisch einfach zu erreichen ist.In 3 is shown that in an arrangement accordingly 1 / 2 in this case guided in the ground induction cables 15 and 20 do not need to run parallel with constant distance. Rather, they have sections of different distances a _i , which can be adapted to the circumstances of the site. Depending on the geological conditions, they can have sections for an inductive interaction with one another and be guided very closely there, so that the magnetic fields compensate each other. Especially in the event that in the area 100 an obstacle 30 is present, which represents a so-called "deaf" area, such. B. solid stone o. The like., There can be the parallel arrangement of the lines 15 / 20 To be around this area closely around and behind the obstacle 30 expand again to generate the inductive heating effect. Overall, in turn, results in a known manner, a conductor loop, the is closed in particular above ground, which is easy to achieve production technology.

Als Induktorleitungen werden Multifilament-Leitungen verwendet, wie sie im Prinzip bereits in älteren Anmeldungen der Anmelderin vorbeschrieben sind. Dabei kann eine kapazitive Kompensation, bei der die Induktivität der Leitungen durch in Serie geschaltete Kapazitäten kompensiert wird, vorgenommen werden, wobei sich eine vorgegebene Resonanzlänge ergibt.As inductor multifilament cables are used, as they are already described in principle in earlier applications of the applicant. In this case, a capacitive compensation, in which the inductance of the lines is compensated by series-connected capacitances, be made, resulting in a predetermined resonance length.

Eine entsprechende Draufsicht einer solchen Induktoranordnung ergibt sich aus 3. Es sind hier insgesamt acht Sektionen I, II, ..., VIII mit unterschiedlichen Abständen a_i der Induktorleitungen 15/20 eingetragen. Zu beachten ist, dass für die Sektionen I, II, ..., VIII jeweils separat einzelne Kompensationsmaßnahmen der Leitungen unter Berücksichtigung der veränderten Resonanzlängen durchgeführt werden.A corresponding plan view of such an inductor arrangement results 3 , There are a total of eight sections I, II, ..., VIII with different distances a _{i of} the inductor lines 15 / 20 entered. It should be noted that for the sections I, II,..., VIII separately individual compensation measures of the lines are carried out taking into account the changed resonance lengths.

Bei Schaltungsanordnungen zum Betrieb der Induktoren werden Schaltungsanordnungen verwendet, wie sie bereits in anderem Zusammenhang vorbeschrieben sind. Dies wird beispielhaft anhand der 4 und 5 verdeutlicht:
In 4 ist im Einzelnen dargestellt, wie vier Induktorpaare mit zeitlich sequentieller Bestromung geschaltet werden können. Dabei ist mit 60 wiederum der Hochfrequenz-Leistungsgenerator bezeichnet, dessen Ausgänge auf Schalteinheiten 61, 61' gegeben werden. Die Schalteinheiten 61, 61' haben jeweils vier unterschiedliche Kontakte, wobei die Schalteinheit 61 an vier Induktoren 11, 12, 13, 14 als Hinleiter und die Schalteinheit 61' an vier Induktoren 16, 17, 18, 19 als Rückleiter angeschlossen sind, die über die Leitungsverbindung 25 die Induktionsschleife bilden. Ein Umschalttaktgeber 62 sorgt für das Umschalten bzw. Anschalten der Generatorspannung an die einzelnen Leitungen 11 bis 14 bzw. 16 bis 19.In circuit arrangements for operating the inductors circuit arrangements are used, as already described in another context. This is exemplified by the 4 and 5 clarifies:
In 4 is shown in detail how four inductor pairs can be switched with temporally sequential current supply. It is with 60 again called the high frequency power generator whose outputs are on switching units 61 . 61 ' are given. The switching units 61 . 61 ' each have four different contacts, with the switching unit 61 at four inductors 11 . 12 . 13 . 14 as a lead and the switching unit 61 ' at four inductors 16 . 17 . 18 . 19 are connected as return conductors via the line connection 25 form the induction loop. A switching clock 62 provides for switching or switching on the generator voltage to the individual lines 11 to 14 respectively. 16 to 19 ,

Die einzelnen Induktorleitungen 11 bis 14 bzw. 16 bis 19 sind entsprechend 1 im der Erdbodenstätte 100 angeordnet. Beidseitig der Erdbodenstätte 100 sind Bereiche 105 vorhanden, die nicht oder wenig beheizt werden sollen und phänomenologisch den Luftraum darstellen. Weiterhin ist eine Verbindungsleitung 25 an die Enden der Induktoren angeschlossen, welche die Hin- und Rückleiter miteinander verbindet. Die Verbindungsleitung 25 kann ober- oder unterirdisch angeordnet sein.The individual inductor lines 11 to 14 respectively. 16 to 19 are appropriate 1 in the earth station 100 arranged. On both sides of the earth station 100 are areas 105 present, which are not heated or little heated and phenomenologically represent the airspace. Furthermore, a connection line 25 connected to the ends of the inductors connecting the forward and return conductors. The connection line 25 can be arranged above or below ground.

Mit letzterer Anordnung ist es möglich, gesteuert jeweils einzelne benachbarte Bereiche der Erdbodenstätte zu beheizen. Dies kann insbesondere zeitlich nacheinander, d. h. sequentiell, erfolgen. Der Umschalttaktgeber 62 kann dabei von einer separaten Steuereinheit 63 angesteuert werden, die insbesondere die Temperatur T in der Erdbodenstätte 100 berücksichtigt. Dafür können beispielsweise in 2 nicht dargestellte Temperatursensoren an den einzelnen Induktoren bzw. Induktorleitungen platziert werden, um dort lokal die jeweiligen Temperaturen T_i zu messen und an die Steuereinheit 63 zur Auswertung zu leiten. Es können so insbesondere Übertemperaturen an den Induktoren vermieden werden.With the latter arrangement, it is possible, each controlled to heat individual adjacent areas of Erdbodenstätte. This can be done in particular chronologically one after the other, ie sequentially. The switching clock 62 can do this by a separate control unit 63 be controlled, in particular the temperature T in the ground 100 considered. For example, in 2 Temperature sensors, not shown, are placed on the individual inductors or inductor lines in order to locally measure the respective temperatures T _i and to the control unit 63 to conduct the evaluation. It can thus be avoided in particular overtemperatures at the inductors.

Möglich ist es aber auch, die Temperaturen lokal an beliebigen Stellen in der Erdbodenstätte 100 zu messen und bei der Ansteuerung der Generatoren zu berücksichtigen. Wesentlich ist dabei, dass sich so die Leistungsabgabe der Generatoren verändern und an die jeweiligen Anforderungen, die sich in den zeitlichen Erwärmungsphasen der Lagerstätte ändert, anpassen lassen. Dies gilt insbesondere deswegen, da die Zeitphasen bei der Erwärmung lang sind, beispielsweise Wochen und mehr.But it is also possible, the temperatures locally at any point in the Erdbodenstätte 100 to be measured and taken into account when controlling the generators. It is essential that the power output of the generators changes and can be adapted to the respective requirements, which changes in the temporal warming phases of the deposit. This is particularly true because the time periods of warming are long, for example weeks and more.

In 5 ist die Anordnung gemäß 4 dahingehend abgeändert, dass vier Hochfrequenz-Leistungsgeneratoren 60', 60'', 60''' und 60'''' vorhanden sind, welche jeweils paarweise zwei der Induktoren 11 bis 14 bzw. 16 bis 19 ansteuern und wiederum über die Verbindungsleitung miteinander verbunden sind.In 5 is the arrangement according to 4 Modified to the effect that four high-frequency power generators 60 ' . 60 '' . 60 ''' and 60 '''' are present, which in pairs two of the inductors 11 to 14 respectively. 16 to 19 are controlled and in turn connected to each other via the connecting line.

Die Verbindung der Induktoren kann ober- oder unterirdisch erfolgen. Mit einer solchen Anordnung ist es insbesondere möglich, vier Induktorpaare gleichzeitig mit unterschiedlichen Stromstärken bei unterschiedlichen Frequenzen zu bestromen.The connection of the inductors can be made above or below ground. With such an arrangement, it is possible, in particular, to feed four inductor pairs simultaneously with different current intensities at different frequencies.

Eine Anordnung gemäß 4 kann dahingehend abgewandelt werden, dass auch unterschiedliche Frequenzen verwendet werden. Dies ist in 5 dargestellt, bei der wiederum acht Induktoren 11 bis 14 und 16 bis 19 in der Erdbodenstätte parallel zueinander angeordnet sind. Jeweils zwei der Induktoren 11 bis 14 und 16 bis 19 werden von einem separaten Generator 60' bis 60'''' angesteuert. Dabei sind in diesem Fall solche Generatoren gewählt, die unterschiedlich vorgebbare Frequenzen generieren. Beispielsweise hat Generator 60' die Frequenz f₁, Generator 60'' die Frequenz f₂, Generator 60''' die Frequenz f₃ und Generator 60'''' die Frequenz f₄. Durch die Versorgung mit Strömen unterschiedlicher Frequenzen werden nunmehr gezielt die einzelnen Bereiche unterschiedlich beheizt, ohne dass es zu Auslöschungseffekten der Felder benachbarter Induktoren kommt, d. h. die Heizleistungsbeträge der mit verschiedene Frequenzen betriebenen Induktorpaare verhalten sich additiv.An arrangement according to 4 can be modified so that different frequencies are used. This is in 5 shown, in turn, eight inductors 11 to 14 and 16 to 19 are arranged in the Erdbodenstätte parallel to each other. Two of the inductors 11 to 14 and 16 to 19 be from a separate generator 60 ' to 60 '''' driven. In this case, such generators are selected which generate different predefinable frequencies. For example, generator has 60 ' the frequency f ₁ , generator 60 '' the frequency f ₂ , generator 60 ''' the frequency f ₃ and generator 60 '''' the frequency f ₄ . By supplying currents of different frequencies, the individual regions are now selectively heated differently without there being extinction effects of the fields of adjacent inductors, ie the amounts of heating power of the inductor pairs operated with different frequencies behave additively.

Anhand der Beispiele wurde gezeigt, dass die Heizleistungsanteile in der Erdbodenstätte 100 über eine differenzierte Bestromung der Induktoren in vorgegebenen Grenzen beeinflusst werden können. Diese Anteile werden für ein im Einzelnen untersuchten Beispiel abschließend wiedergegeben:

a: Bei Bestromung beispielsweise der Induktoren 1 bis 5 ergibt sich beispielsweise eine prozentuale Verlustverteilung von: OB (Overburden) 31,3% Erdbodenstätte 45,5% und UB (Underburden) 23,2%.
b: Bei gleichzeitiger Bestromung aller Induktoren ergibt sich dagegen: OB (Overburden) 24,2% Erdbodenstätte 62,8% und UB (Underburden) 13,0%.

Based on the examples, it was shown that the heating power shares in the ground 100 can be influenced by a differentiated energization of the inductors within predetermined limits. These proportions are given conclusively for an example examined in detail:

a: When energizing, for example, the inducers 1 to 5, for example, results in a percentage loss distribution of: OB (Overburden) 31.3% Erdstätte 45.5% and UB (Underburden) 23.2%.
b: When all inductors are energized at the same time, OB (Overburden) 24.2% Earthfloor 62.8% and UB (Underburden) 13.0%.

Letzteres bedeutet, dass der größte Teil der Heizleistung in der Erdbodenstätte dann deponiert wird, wenn eine gleichzeitige Bestromung der Induktoren erfolgt, und zwar mit einer Phasenverschiebung von φ = 180° zwischen benachbarten Induktoren. Daher kann eine Umschaltung zwischen den Bestromungsarten je nach dem zeitlichen Ablauf der Erwärmung der Erdbodenstätte vorteilhaft sein, insbesondere in Abhängigkeit von der gewünschten Heizleistungsverteilung der Generatoren bzw. der dabei eingesetzten Generatorenanzahl.The latter means that most of the heating power in the ground station is then deposited when a simultaneous energization of the inductors takes place, with a phase shift of φ = 180 ° between adjacent inductors. Therefore, a switchover between the types of energization depending on the timing of the heating of the ground station may be advantageous, in particular depending on the desired heating power distribution of the generators or the number of generators used in the process.

Insgesamt kann festgehalten werden, dass die zur Beheizung der Erdbodenstätte maßgeblichen elektrischen Parameter zeitlich und/oder örtlich variabel vorgegeben werden und von außerhalb der Erdbodenstätte zur Optimierung der Erwärmung verändert werden können. Bei der zugehörigen Vorrichtung ist wenigstens ein Generator vorhanden, vorzugsweise aber mehrere Generatoren, wobei dessen/deren elektrische Parameter wie Strom(I), Frequenz (f_i) und/oder Phase (φ) variabel und ggf. betriebsmäßig veränderbar sind.Overall, it can be stated that the relevant for the heating of the ground floor electrical parameters are given temporally and / or locally variable and can be changed from outside the ground to optimize the heating. In the associated device, at least one generator is present, but preferably a plurality of generators, wherein its / their electrical parameters such as current (I), frequency (f _i ) and / or phase (φ) are variable and optionally operationally variable.

Vorstehend wurde ein Verfahren zum Aufheizen von Erdböden mit Erdreich, das elektrisch beheizt wird, beschrieben, wobei ein induktives Heizverfahren angewandt wird, bei dem das Erdreich durch hochfrequente elektromagnetische Felder im Bereich zwischen 10 und 200 kHz aufgeheizt wird.In the foregoing, a method of heating soils with soil that is electrically heated has been described using an inductive heating method in which the soil is heated by high frequency electromagnetic fields in the range of 10 to 200 kHz.

Eine zugehörige Anlage zur Durchführung des Verfahrens hat einen Generator für Hochfrequenz vorgegebener Frequenz im kHz-Bereich, an den wenigstens ein Induktor mit einem Hinleiter und einem Rückleiter angeschlossen ist. Der Hochfrequenzgenerator ist entweder ein Reihenresonanzumrichter oder ein Parallelresonanzumrichter, und die Induktoren bestehen vorzugsweise aus Multifilament-Leitungen. Verwendung findet das Verfahren bzw. eine derartige Anlage im Rahmen eines aktiven Umweltschutzes zur Rekultivierung verseuchter Betriebsgelände.An associated system for carrying out the method has a generator for high frequency predetermined frequency in the kHz range, to which at least one inductor with a forward conductor and a return conductor is connected. The high frequency generator is either a series resonant converter or a parallel resonant converter, and the inductors are preferably made of multifilamentary leads. Use finds the method or such a plant in the context of active environmental protection for reclamation of contaminated premises.

Claims

Method for heating soil with soil, which is electrically heated, wherein an inductive heating method is applied, wherein the soil is heated by high-frequency electromagnetic fields in the range between 10 and 200 kHz, characterized in that an array of current-carrying conductors, which are controlled separately be used.

A method according to claim 1, characterized in that the conductors of the array are driven with currents of different frequency.

A method according to claim 1, characterized in that the control of the conductors of the array takes place variable in time.

A method according to claim 1, characterized in that a soil is heated with a soil contaminated by organic substances, in particular hydrocarbon compounds.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the eddy currents resulting from the high-frequency electromagnetic fields are used to heat the soil.

A method according to claim 5, characterized in that for generating the eddy currents current-carrying conductor, whose distance can be predetermined, are used.

A method according to claim 6, characterized in that the distance of the current-carrying conductors as inductors is partially specified differently.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that in the soil sections of energy between 1 and 100 kW per meter length of the current-carrying conductor are introduced.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the soil conductivity distribution in the soil is taken into account.

A method according to claim 9, characterized in that the soil conductivity distribution is influenced, preferably by introducing a conductive solution into the soil.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the soil is heated in succession to different temperatures and maintained at the respective temperature for a predetermined time interval.

Plant for carrying out the method according to claim 1 or one of claims 2 to 11, with a generator ( 60 ) for high frequency predetermined value (f _i ) in the kHz range, to the at least one inductor arrangement ( 10 ) from a leader ( 15 ) and a return conductor ( 20 ), characterized in that several conductors ( 11 - 14 ) and return conductors ( 16 - 19 ) are provided, which are separately controllable and form an array.

Plant according to claim 12, characterized in that the high-frequency generator ( 60 ) is a series resonant converter.

Plant according to claim 12, characterized in that the high-frequency generator ( 60 ) is a parallel resonant converter.

Plant according to claim 13 or 14, characterized in that the high frequency generator ( 60 ) Has variable frequency outputs (f _i ) connected separately to the return conductor ( 15 . 20 ) of the inductor arrangement ( 10 ) are connectable.

Plant according to claim 12, characterized in that at the inductor ( 10 . 15 . 20 ) several leads connected in parallel ( 11 - 14 ) and a plurality of return conductors ( 16 - 19 ) are separately controllable and form an array.

Plant according to claim 16, characterized in that a control device ( 62 ) for the variable connection of the forward and return conductors ( 11 - 14, 16 - 19 ) is available.

Plant according to Claim 12, characterized in that 15 ) and return conductors ( 20 ) of the inductor arrangement ( 10 ) in the area to be heated ( 100 ) Have a defined distance (a _i ), which determines the heating power.

Plant according to claim 12, characterized in that the lead conductor ( 15 ) and the return conductor ( 20 ) have regions of different distances (a _i ).

Plant according to claim 12, characterized in that the inductor arrangement ( 10 ) with forward ( 15 ) and the return conductor ( 20 ) form a compensated multifilament conductor.

Plant according to claim 20, characterized in that the multifilament conductor is capacitively compensated by means of integrated capacitances connected electrically in series.

Use of a plant according to claim 12 or any one of claims 13 to 21, wherein the plant is operated by a process according to claim 1 or any one of claims 2 to 11, for active environmental protection tasks.

Use according to claim 22 for decontamination of the soil in undeveloped areas, such as abandoned military training areas, landfills od. Like., Which came into contact with hydrocarbon-based impurities in the previous intended operation.

Use according to claim 23 for the decontamination of the soil in built-up areas, wherein the method is carried out under existing structures via substantially horizontally guided bores.

Use according to claim 24 at service stations which have come into contact with hydrocarbon-based impurities, such as engine oil or the like, in the previous intended operation.