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Die
Erfindung betrifft eine im Verhältnis
zum bekannten Stand der Technik verbesserte Einrichtung zur Herstellung
von chemisch reinem Wasser aus Naturwasser, die unmittelbar im Meer
oder in unmittelbarer Nähe
desselben angeordnet ist. Mit Hilfe dieser Einrichtung können aus
Naturwasser grosse Mengen chemisch reinen Wassers erzeugt werden, die
im weiteren zur Bewässerung
vegetationsarmer oder vegetationsloser Böden oder/und zur Versorgung
der dort lebenden Bevölkerung
eingesetzt werden können.
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Gerade
zur Bewässerung
vegetationsloser oder -armer Gebiete werden grosse Mengen Wasser benötigt, wenn
diese einer wie auch immer gearteten Nutzung zum Wohle des Menschen
zugeführt
werden sollen.
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Üblicherweise
werden zu diesem Zweck Brunnen gebohrt, um mit Hilfe von Pumpen
benötigtes
Wasser nach über
Tage zu fördern.
Zum einen ist der Energiebedarf für derartige Anlagen erheblich, und
es bereitet Probleme, diese Energie heranzuführen, wenn die Gewinnung von
Brauchwasser in grossem Umfang betrieben werden soll. Zum anderen stehen
hier sehr häufig
salzhaltige Wässer
an, sodass eine Abtrennung unerwünschter
Substanzen in den ohnehin energiearmen Gebieten erfolgen muss, was
hier neue Schwierigkeiten mit sich bringt.
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Um
derartige Prozesse zu verbessern, wird in "Solar Destillation", Pergamon Press Ltd. 1984, Seite 52,
eine kegelförmige
Einrichtung vorgeschlagen, bei der der Boden in einem schwarzen
Werkstoff ausgeführt
und der Kegelmantel transparent ausgeführt ist. Der Boden ist mit
geringer Höhe
mit zu verdampfen dem (Meer-) Wasser bedeckt. Durch die Transparenz
des Kegelmantels gelangen die Sonnenstrahlen ins Innere. Auf Grund
des als Absorptionsfläche
ausgebildeten geschwärzten
Bodens verdampft Wasser und kondensiert am Inneren des Kegelmantels.
Durch dessen Neigung läuft
das kondensierte Wasser nach aussen in eine dort angeordnete umlaufende
Rinne, aus der das gewonnene chemisch reine Wasser abgeführt und
einer Nutzung zugeführt
wird. Diese Einrichtung ist zum einen vorteilhaft zu betreiben,
weil sie kreisrund ist und die Sonnenenergie ständig auf eine ihr zugewandte
Fläche trifft.
Trotz dieser vorteilhaften Ausbildung ist die Leistung niedrig,
da die effektiv nutzbare Fläche
im Verhältnis
zur Gesamtdimension gering ist.
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Eine
Variation dieses Prinzips wird in "Renewable energy", Vol. 4, No. 7 aus 1994, Seiten 839 ff.
dargestellt. Über
eine schräg
angestellte Adsorberfläche,
die in einem kastenförmigen
Behältnis
angeordnet ist, bewegt sich mittels der Schwerkraft ein Wasserfilm.
Wasser verdampft und kondensiert an einer darüber angeordneten, die kastenfömige Anordnung
abdeckenden schräg
angestellten Scheibe. Wiederum der Schwerkraft folgend rinnt kondensiertes
Wasser in eine an der unteren Kante der schräg angestellten Scheibe angeordnete
Rinne, aus der das kondensierte Wasser abgeführt und der Nutzung zugeführt wird.
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Bei
einer in der
US-PS 3,986,936 dargestellten
Lösung
ist ein Schwimmkörper
vorhanden, in den ebenfalls über
eine transparente Scheibe das Sonnenlicht eindringt und das in einem
Sumpf oder in einem Verdampferrohr befindliche Wasser zum Verdampfen
bringt. Seitlich am Schwimmkörper
ist eine bogenförmig
ausgebildete Kammer vorhanden. Die mit Wassertröpfchen aufgeladene Atmosphäre steigt auf
und wird in die bogenförmig
ausgebildete seitlich liegende Kammer geleitet, wobei mindestens
deren obere Fläche
vom umgebenden Wasser gekühlt
wird. Kondensierendes Wasser läuft
durch die bogenför mige
Ausbildung nach unten in ein Sammelbehältnis und wird dort abgezogen.
Die bogenförmige
Ausbildung führt
dazu, dass durch das Abkühlen
und den unter der im wesentlichen als Kondensationsfläche dienenden
Teil der Kanal nach unten führt.
Damit fällt auch
die noch immer mit nicht kondensierten Flüssigkeitströpfchen belastete Luft nach
unten und tritt über dem
Sumpf wieder in den Schwimmkörper
ein. Der Kreislauf beginnt von neuem, indem die vorhandene Atmosphäre wiederum
mit Wassertröpfchen
aufgeladen wird. Damit ist eine umlaufende Strömung vorhanden. Trotzdem ist
die gewinnbare Wassermenge relativ niedrig, zumal der Betrieb der
Einrichtung nur bei ruhiger Wasseroberfläche ungestört erfolgen kann.
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In
der Schrift DE-Gm 9115232 wird die Anordnung von photovoltaischen
Elementen im Sinne der Errichtung eines Solarkraftwerkes auf Schwimmkörpern auf
offener See vorgeschlagen, wobei ein Teil der gewonnenen Energie
zum Betrieb von nicht näher
beschriebenen Entsalzungsanlagen oder zur Wasserstoffgewinnung dienen
soll.
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Nach
der
DE-OS 196 20 214 wird
Naturwasser in einen mittels solarer Energie erwärmten Luftstrom verdüst. Dieses
Verdüsen
kann ebenfalls mehrstufig erfolgen, um die Feuchte noch zu erhöhen. Der
derart aufgeladene Luftstrom wird anschliessend einem Kondensator
aufgegeben, aus dessen Sumpf kondensiertes und damit uneingeschränkt verwendbares
Wasser abgezogen wird. Die Kühlung
des Kondensators erfolgt, indem wenigstens zwei Kreisläufe hintereinander
geschalten sind, bei denen der letzte ein Süsswasserkreislauf und der erste
ein Naturwasserkreislauf ist. Auch wenn in erdölreichen und damit finanzstarken
Ländern
eine Brauchwassergewinnung in industriellen Anlagen erfolgt, in
denen Erdöl
als Energiequelle einsetzbar ist, sind die zur Herstellung benötigten Energiemengen erheblich
und führen
zu hohen Kosten des auf diese Art gewonnenen Wassers. Dazu ist festzustellen, dass
eine relative Menge bewegter Antriebselemente bei einem Dauerbetrieb
stets eine Störquelle
darstellt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es deshalb, eine Einrichtung zu entwickeln, mit
deren Hilfe bei weitestgehender Minimierung der Zuführung von
Fremdenergie und bei weitestgehender Reduzierung mechanisch bewegter
Einrichtungen der Wirkungsgrad bei der Gewinnung von chemisch reinem
Wasser aus Naturwasser, wie es beispielsweise in den Weltmeeren
ansteht, verbessert wird.
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Die
Aufgabe wird gelöst
durch eine Einrichtung, wie sie zunächst im Anspruch 1 dargestellt
ist.
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Der
Baukörper
kann in Ufernähe
angeordnet sein, wobei er dann mit dem Erdreich statisch verbunden
ist. Ist der Baukörper
jedoch schwimmfähig ausgebildet,
z. B. als Pontoneinheit, ist er in Beziehung auf seine horizontale
Lage festgelegt. Er kann ebenso auf Betonpfählen oder dergleichen beabstandet
zum Erdboden angeordnet sein, sodass das Naturwasser mittels wenigstens
einer vorgeschaltenen Pumpe zugeführt wird und das gewonnene
chemisch reine Wasser sowie die mit Mineralien angereicherte Restflüssigkeit
zunächst
mittels Schwerkraft abgeführt
werden. Selbstverständlich
ist es möglich,
mehrere Baukörper
im Sinne von Modulen miteinander zu grösseren Einheiten zu koppeln.
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Ebenso
sieht die Erfindung vor, die Verdampfungseinrichtung in einer Vielzahl
von Heizplatten auszuführen,
sodass der Boden des Baukörpers,
soweit nicht irgendwelche Wartungsöffnungen verbleiben müssen, völlig mit
diesen Heizplatten bedeckt ist.
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Für den Fall,
dass die Nutzung von Niederschlagswasser vorgesehen ist, sind auf
der Oberseite des Baukörpers
und der Atmosphäre
zugewandt Auffangein richtungen für
dieses Niederschlagswasser angeordnet. Diese Auffangeinrichtungen
können mittels
Rohrleitungen zum einen mit dem Sammelgefäss für das Kondensat im Inneren
des Baukörpers verbunden
sein, sie können
jedoch ebenso mit Rohrleitungen mit der Nutzungsstelle verbunden
sein, sodass das gewonnene Niederschlagswasser mittels Schwerkraft über diese
Rohrleitungen zur Nutzung weitergegeben wird.
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Auf
der Oberseite des Baukörpers
aussen sowie an geeigneten Fassadenflächen sind die Sonnenenergie
in Wärmeenergie
umwandelnde und die gewonnene Energie an die Verdampfungseinrichtung übergebende
Einrichtung als thermische Solaranlage oder photovoltaische Anlage
ausgebildet. Eine zweckmässige
Ausgestaltung sieht vor, beide Einrichtungen in Kombination miteinander
vorzusehen. Zum einen kann die aus der thermischen Solaranlage gewonnene
Wärme direkt – hier bietet
sich Wasser oder Kondensat als Wärmeträgermedium
an – oder über ein
isoliertes Speichergefäss
direkt den Heizplatten zugeführt
werden, zum anderen ist die über die
photovoltaische Anlage gewonnene Elektroenergie zum Betrieb von
Pumpen oder für
eine differenzierte Beleuchtung beziehungsweise die Steuerung der
Naturwassereinlässe
notwendig, wobei eine Pufferung der Elektroenergie ebenso sehr zweckmässig ist.
Des weiteren kann bekanntermassen die Einrichtung zur Herstellung
von chemisch reinem Wasser mit einer Energie aus Windkraft gewinnenden
Anlage kombiniert sein.
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Erfindungsgemäss sind
alle Kondensationseinrichtungen mit einer vergrösserten Oberfläche ausgeführt und
weisen eine Ablaufkante auf. Zweckmässigerweise sind diese Kondensationseinrichtungen über Normalnull,
bezogen auf den Spiegel des vorhandenen Naturwasserreservoirs, angeordnet, um
eine Abführung
des Kondensats mittels der Schwerkraft zu ermöglichen. Demzufolge ist der
Bauwerkskörper
hinsichtlich eines Teils seiner Höhenausdehnung über Normalnull
liegend, bezogen auf den Spiegel des vorhandenen Naturwasserreservoirs,
ausgebildet.
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Zum
Zweck der Kühlung,
die mittels Gas, Flüssigkeit
oder gar Naturwasser erfolgen kann, sind die Kondensationseinrichtungen
innen hohl ausgebildet.
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Eine
erfindungsgemässe
Vorzugsvariante der Ausführung
der Konndensationseinrichtung sieht vor, dass diese lotrecht profilartig
ausgebildete Formkörper
sind, die am oberen Ende aufgehangen in verbreiterten zueinander
beabstandeten Führungsbahnen
lotrecht gehalten sind, zum Zweck der Bewegung in diesen Führungsbahnen
am oberen Ende der Formkörper
Kugellager vorhanden sind, die ein Verschieben dieser Formkörper quer
zu ihrer Lotrechten in der Längsachse
der Führungsbahnen
gestatten, einzelne Führungsbahnen
durch wenigstens eine quer dazu angeordnete und mit diesen durch
Weichen verbundene weitere Führungsbahn
miteinander im Zusammenhang stehen und die Formkörper über ihre Länge verteilt sich nach oben
verbreiternde V-förmig
ausgebildete Abspreizungen aufweisen, sodass das Kondensat der Schwerkraft
folgend an den Abspreizungen nach unten läuft und sich am lotrecht ausgebildeten
Formkörper
sammelt und im weiteren in die bereits erwähnten Kondensationswasserfänger abläuft.
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Damit
der Baukörper,
besonders wenn er schwimmfähig
ausgebildet ist, nicht etwa einen zu hohen Naturwasserstand in seinem
Inneren aufweist, der einer ökonomisch
günstigen
Kondensatbildung entgegenwirkt, ist der Querschnitt des Zutrittsbereiches
des Naturwassers durch Schleusen veränderbar gestaltet. Diese Schleussen
erhalten ihre Öffnungs-
und Schliesssignale durch Sensoren, die den Füllungsgrad des Baukörpers mit
Naturwasser feststellen und ein einer kritischen Masse oder einem
kritischen Wasserstand des in Betrieb befindlichen Baukörpers adäquates Signal über einen
definierten Zeitquerschnitt be reitstellen und der Querschnitt des
Zutrittsbereiches des Naturwassers durch dieses Signal veränderbar
gestaltet ist.
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Für den Fall,
dass die der Sonne zugewandte Seite des Bauwerkskörpers eine
Glasfassade ist, sind die einzelnen Kondensationseinrichtungen in diesem
Falle vorzugsweise in Nord-Süd-Achse
angeordnet.
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Der
Deckenbereich des Bauwerkskörpers
ist innen mit Kühlplatten
verkleidet, die zweckmässigerweise
eine allseitig konvexe Form aufweisen, um ein Abtropfen sich sammelnden
Kondensats zu begünstigen.
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Des
weiteren können
mindestens unmittelbar nach dem Zutrittsbereich des Naturwassers
von aussen und vor dem Zutritt des Naturwassers zur Verdampfungseinrichtung
vom Naturwasser angetrieben Stromerzeuger angeordnet sein.
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Durch
die Verdampfung des zugeleiteten Naturwassers bleiben Rückstände übrig. Entweder
es tritt eine Schichtung ein, sodass sich am Grunde ein dickflüssigeres
Medium einstellt, oder es geht gar bis zur Verkrustung durch die
erfolgte Eindampfung. Auf jeden Fall sind Rückstände, wie diese auch immer geartet
sein mögen,
abzuführen.
Deshalb ist die Verdampfungseinrichtung seitlich geneigt ausgeführt, um
das Ableiten dieser Rückstände in einen
Pumpensumpf zu erleichtern. Aus diesem Pumpensumpf erfolgt differenziert
und auf bekannte Art und Weise eine weitere selektive Gewinnung
ausgewählter
wirtschaftlich bedeutsamer Mineralien.
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Durch
die erfindungsgemässe
Ausgestaltung einer für
die Zwecke der Wassergewinnung insbesondere für vegetationsarme oder vegetationslose Böden in den
Tropen geeigneten Anlage ist es möglich, die autarke Energiezuführung bei
der Aufbereitung von Brauchwasser und Trinkwasser auf ein Minimum
zu reduzieren. Durch diese kostengünstige Aufbereitung können grössere Mengen
erzeugt werden. Damit wirkt eine Umsetzung der erfindungsgemässen Einrichtung
in grösserem
Rahmen klimaverbessernd. Insgesamt wird für die in diesen Gebieten ansässige Bevölkerung
eine Verbesserung der Lebensgrundlage geschaffen.
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Die
Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher beschrieben
werden.
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In
Nähe des
nördlichen
Wendekreises sind in Strandnähe
im Meerwasser und in Nähe
einer Wüstenlandschaft
befindlich Stelzen vorhanden. Diese Stelzen sind dem Rastermass
eines Bauwerkskörpers
entsprechend auf dem Grund des Meeres angeordnet. Der Bauwerkskörper besteht
aus Stahlbeton und weist eine Kantenlänge von 8 mal 15 Metern und eine
Höhe von
10 Metern auf. Sein Boden ist zwischen den beiden Längsseiten
mit ca. 3 Grad Gefälle ausgeführt ist.
Im weiteren sind die Stelzen im Verhältnis zum Bauwerkskörper so
ausgeführt,
dass sich der oberste Teil des Bodens des Bauwerkskörpers ca.
3 Meter unter der unteren Höhe
des Wasserspiegels befindet.
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In
einer der Längsseiten
und zwar in der, die sich an den oberen Teil des Bodens anschliesst,
befinden sich Einlässe
für das
zutretende Meerwasser. Diese Einlässe haben veränderliche
Querschnitte, die durch Stellmotore betätigt sind. Diese Stellmotore erhalten
ihre Steuerbefehle von einer zentralen Recheneinheit, die die kritische
Masse einer Speicherheinheit des gewonnenen Kondensats sowie des Pumpensumpfes
des der Kondensatbildung unterzogenen Naturwassers berücksichtigt.
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Auf
der Dachkonstruktion des Bauwerkskörpers aussen sind thermische
Solaranlagen angeordnet, die die gewonnene Wärme über ein Wärmeträgermedium an auf dem Boden
des Baukörpers
angeordnete Verdampfungseinrichtungen übergeben. Diese Verdampfungseinrichtungen
bestehen aus doppelwandigen Platten, die allseitig geschlossen mit
Zu- und Ablaufstutzen ausgeführt
sind, sodass das Wärmeträgermedium
in einem Kreislauf befindlich diese durchströmen kann. Als Wärmeträgermedium
wird das im weiteren Prozess anfallende Kondensat eingesetzt.
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Der
Boden ist mit diesen als Verdampfungseinrichtung wirkenden doppelwandigen
Platten im wesentlichen vollflächig
ausgelegt, sofern für
andere Steuerelemente und dergleichen nicht anderweitig Platzbedarf
vorhanden ist. Die doppelwandigen Platten sind vorzugsweise aus
recyceltem Plastmaterial hergestellt. Das eintretende Meerwasser
läuft nach dem
Eintritt in den Baukörper
und über
die in ihrer Lage der Schräge
des Bodens angepassten Verdampfungseinrichtungen und verdampft hierbei
zu einem erheblichen Teil. Die Einlässe sind so eingestellt, dass
eine relativ geringe Wassermenge eintritt und das Überströmen der
Verdampfungseinrichtungen ebenso mit relativ geringer Geschwindigkeit
erfolgt.
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Zwischen
thermischer Solaranlage und Verdampfungseinrichtung ist zweckmässigerweise
ein isoliertes Puffergefäss
angeordnet, damit die Anlage ebenfalls bei Dunkelheit mit wenigstens
verminderter Leistung betrieben werden kann, sofern nicht eine vorzugsweise
elektrische Heizung zusätzlich
installiert ist und, vorzugsweise in Abhängigkeit von der Temperatur
des Wärmeträgermediums,
betrieben wird.
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Unmittelbar
nach den Einlässen
für das
zutretende Meerwasser sind erfindungsgemäss kleine Generatoren angeordnet,
um damit zusätzlich
elektrische Energie gewinnen zu können. Des weiteren befinden
sich auf Restflächen
des Daches aussen und an den der Sonne zugewandten Fassadenteilen
photovoltaische Elemente, die der Erzeugung elektrischer Energie
für das
Betreiben der in den Baukörper integrierten
Betriebseinheiten dienen, die selbstverständlich entsprechend der notwendigen
Betriebsspannung geschalten sind. Zweckmässigerweise arbeiten alle Energieerzeugungseinrichtungen
auf eine elektrische Energie speichernde Puffereinrichtung, der,
je nach Bedarf, Fremdenergie zugeführt wird.
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Das
die Verdampfungseinrichtungen überströmende Meerwasser
wird zu einem erheblichen Teil verdampft. Der nicht verdampfte Teil
ist mit den ursprünglich
vorhandenen Beimengungen angereichert und tritt in eine beispielhaft
seitwärts
geneigte und vertiefte Abflusseinrichtung ein, die die mit Mineralien
angereicherte Flüssigkeit
zu einem Pumpensumpf leitet, von dem ein Transport zu einer wie
auch immer gearteten weiteren Verarbeitung erfolgt.
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Über den
Verdampfungseinrichtungen sind der Kondensation dienende Mittel
angeordnet. Beispielhaft vorzugsweise sind das profilartig ausgebildete
lotrecht angeordnete zunächst
schlanke, nahezu profilartige zylindrische Formkörper, die am oberen Ende aufgehangen
sind und in v-förmiger
Anordnung eine relative Vielzahl sich nach oben verbreiternder Abspreizungen
aufweisen. An diesen Abspreizungen schlägt sich Kondensat nieder, bildet
im weiteren Tröpfchen,
die der Schwerkraft folgend sich an den zylindrischen Formkörpern sammeln
und an diesen nach unten laufen. Diese zylindrischen Formkörper sind
in Reihen angeordnet. Unterhalb dieser zylindrischen Formkörper unter
jeder Reihe befinden sich als Kondensatfangeinrichtungen Abflussrinnen, in
die das Kondensat hineinläuft.
Aus eben diesen Gründen
sind diese Abflussrinnen in einer Richtung leicht geneigt, damit
das Kondensat leicht abgeleitet wird und münden in einer Kondensatsammeleinrichtung.
Vorzugsweise sind die der Kondensation dienenden Mittel einschliesslich
der Abflussrinnen in einer solchen Höhe angeordnet, dass ein seitlicher
Abfluss der Schwerkraft folgend zu einer die Weiterleitung sichernden
Einrichtung gegeben ist.
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Die
zylindrischen Formkörper
weisen an ihrem oberen Ende Kugellager auf, die in einer U-förmigen und
nach unten mit einer sich axial erstreckenden Aussparung versehenen
Führungsbahn
rollfähig gelagert
sind. Da mehrere dieser Führungsbahnen parallel
nebeneinander liegen, ist es leicht möglich, an den Enden mehrere
dieser Führungsbahnen durch
einfache Weichen miteinander zu verbinden. Durch die Lagerung in
diesen Führungsbahnen
lassen sich diese profilartigen zylindrischen mit Abspreizungen
versehenen Formkörper
quer zu ihrer Lotrechten in der Längsachse der Führungsbahnen leicht
einfahren, bei Reparaturen leicht entfernen oder verschieben, falls
das erforderlich sein sollte.
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Die
mit einer sich axial erstreckenden Aussparung versehenen Führungsbahnen
sind zweckmässigerweise
auf eigenen Stützkonstruktionen
angebracht, um die Dachkonstruktion statisch nicht zu überlasten
oder überdimensionieren
zu müssen.
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Die
profilartigen zylindrischen mit Abspreizungen versehenen Formkörper sind
innen hohl ausgeführt
und werden in ihrem Inneren mit Luft gekühlt, die zunächst komprimiert,
anschliessend auf die Umgebungstemperatur abgekühlt und im weiteren entspannt
wurde.
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Für den Fall,
dass sich in der freien Atmosphäre
Niederschlag einstellt, wird dieser über eine zweckentsprechende
Einbindung der Ableiteinrichtung dem Sammelgefäss des Kondensats zugeleitet.
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Da
Kondensat bis in den inneren Deckenbereich des Bauwerkskörpers vordringen
kann, ist dieser Deckenbereich möglichst
vollflächig
mit Kühlplatten
verkleidet, die eine allseitig konvexe Form aufweisen.
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Alle
mit dem Kondensat in Berührung
kommenden Betonteile sind mit einem vorzugsweise aufgespritzten
Kunststoffüberzug
versehen, wobei in dem Bereich des Bauwerkskörpers, der sich regelmässig und/oder
sehr häufig
im Höhenbereich
des anstehenden Naturwassers befindet, zunächst eine Isolationsschicht
aufgebracht ist.