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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung der Einleitung von flüssigen Schadstoffen oder Schadstoffe enthaltenden Flüssigkeiten in den Untergrund und Schutz der Grundwasserströme vor Schadstoffeintrag, bei dem die gefährendenden Flüssigkeiten in gesonderten, gesicherten Behältnissen, insbesondere Tanks gesammelt, gelagert und später entsorgt werden.
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Über die havarierten Atomreaktoren in Fukushima berichtet die Presse immer wieder, dass dort meist als Kühlwasser benötigtes verstrahltes Wasser gelagert wird. Überall, soweit das Auge reicht, stehen riesige, blau oder grau gestrichene runde Stahltanks. Hier lagert Tepco das radioaktiv belastete Wasser, das Tag für Tag bei der Kühlung der Reaktoren anfällt, in denen es im März 2011 zur Kernschmelze gekommen ist. Rund 340.000 Liter pumpen die Ingenieure Tag für Tag in die zerstörten Gebäude, um die Reaktoren kühl zu halten. Neben diesen Kühlwassermassen stellt das Grundwasser eine weitere Gefährdung dar, das zum Teil in die Untergeschosse der havarierten Reaktorgehäuse eindringt und sich dort mit belastetem Wasser mischt. Die Gefährdung der Umwelt durch diese Wässer ist riesig, zumal die Ingenieure in den vorhandenen Tanks immer wieder Lecks entdecken, wobei dieses belastete Wasser von dort aus in den Untergrund oder ins Meer gelangt. Jüngst hat die Presse berichtet, dass die japanische Regierung überlegt, durch Vereisung des Untergrundes das Austreten entsprechend belasteter Wässer zu verhindern. Näheres findet sich bisher in der Presse nicht. Aus dem Bergbau ist das sogenannte Gefrierverfahren bekannt, das zur Herstellung von künstlich gefrorenen Bodenkörpern dient. Im Bergbau wird dieses Verfahren beim Abteufen von Schächten angewandt. Das Verfahren ist relativ alt, wobei es darum geht, das Durchdringen wasserführender Schichten beim Abteufen von Schächten überhaupt erst möglich zu machen. Dazu werden rund um den geplanten Schacht in kurzen Abständen Löcher gebohrt, die sich wiederum auch im Abstand zum geplanten Schacht befinden. In diese Bohrlöcher werden meist Kunststoffrohre eingebaut, die unten geschlossen sind. In jedes dieser Rohre wird ein Gefrierrohr eingehängt, so dass sich die Gefrierflüssigkeit vom Bohrlochboden her nach oben bewegen und dabei das Gebirge entsprechend gefrieren kann. Nach einem bestimmten Zeitabschnitt kann dann der Schacht weiter gebohrt und durch das gefrorene Gebirge hindurch abgeteuft werden. Nachteilig bei dem anscheinend in Japan geplanten Vereisungsverfahren und auch bei dem bekannten Schachtbohrverfahren ist, dass über die Gefrierrohre nur ein Schutzmantel rund um das entsprechende Objekt gelegt werden kann, der oben und unten offen ist. Von daher kann nicht vermieden werden, das vor allem durch den unteren Bereich dieses Schutzmantels weiter gefährliches Wasser oder entsprechende Schadstoffe entkommen können. Die Umwelt ist nicht ausreichend abgesichert.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Schutzverfahren zu entwickeln, mit dem die Umwelt gefährdende Anlagen wie Atomkraftwerke gegen die Umwelt insbesondere im Bodenbereich abgesperrt bzw. abgesichert werden können.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Behältnisse also vor allem die Tanks in einer im Untergrund oder darauf angeordneten Vereisungswanne untergebracht werden, die entweder im Dauerbetrieb aktiv gehalten oder im Gefahrenfall kurzfristig aktiviert wird.
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Insbesondere die im Untergrund liegende Vereisungswanne hat den großen Vorteil, dass damit das Entkommen von gefährlichen oder gefährdenden Wässern sicher unterbunden werden kann. Auch Grundwasserströme, die sonst leicht unter den senkrechten Gefrierlöchern und dem Schutzschirm hindurchfließen und ihn teilweise auflösen können, können so absolut sicher am gefährlichen, vereisten Untergrund vorbeigeleitet und daran gehindert werden, mit Schadstoff belastete Wässer mitzunehmen bzw. sich damit zu mischen. Der Aufwand des Vereisens ist natürlich nicht preiswert, dafür aber sicher und zwar so lange sicher, wie das Vereisungsverfahren betrieben wird. Die Vereisungswanne ist darüber hinaus auch geeignet, bei entstehenden Lecks die entkommenden und in die Wanne hineingelangten Wässer mit aufzunehmen und daran zu hindern, in die Umwelt einzutreten. Eine solche Vereisungswanne weist gerade in Erdbeben gefährdeten Bereichen wie in Fukushima den riesigen Vorteil auf, eventuellen Nachbeben oder neuen Beben zu widerstehen, weil der vereiste Untergrund eine gewisse Flexibilität aufweist und beim Erdbeben entstehende Löcher sofort wieder geschlossen werden. Darüber hinaus ist vorteilhaft, dass durch geeignete Vereisungsmittel die Möglichkeit besteht, im Gefahrenfall relativ kurzfristig eine solche Vereisungswanne herzustellen, die dann nach Behebung der Schäden auch wieder außer Betrieb genommen werden kann, sodass dadurch die Kosten der Vereisung in Grenzen gehalten werden können.
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Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass die Vereisungswanne durch im Abstand in den Untergrund eingebrachte senkrechte und waagerechte oder auch bogenförmige Gefrierbohrlöcher rundum das Behältnis hergestellt wird. Um die waagerechten Gefrierbohrlöcher herzustellen, müssen Bohrschächte vorher hergestellt werden, aus denen dann die waagerechten Gefrierbohrlöcher gebohrt und hergestellt werden können. Um diesen Aufwand zu reduzieren, ist es auch möglich, bogenförmige Gefrierbohrlöcher herzustellen oder die Gefrierbohrlöcher auch abzulenken. Wichtig ist, dass so eine geschlossene Vereisungswanne hergestellt wird, die die weiter oben beschriebenen großen Vorteile erbringt.
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Die erwähnte Flexibilität kann gemäß der Erfindung dadurch weiter erhöht werden, dass die waagerechten Gefrierbohrlöcher ein Gitter ergebend mit sich rechtwinklig oder schräg überschneidenden Rohren in den Untergrund eingebracht werden. Dieses Gitter garantiert die gewünschte Dichtheit der Vereisungswanne und auch deren Stabilität, sodass die Erdbebensicherheit weiter erhöht ist.
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Weiter vorn ist schon erwähnt, dass auch die Einbringung von bogenförmigen Gefrierbohrlöchern möglich ist, wobei es noch einfacher ist, wenn die Vereisungswanne durch im Abstand in den Untergrund schräg eingebrachte und sich etwa mittig des Behältnisses treffende Gefrierbohrlöcher hergestellt wird. Zwar ist dann unter Umständen eine gewisse Zone vorhanden, in der der Boden noch nicht gefroren und vereist ist, sodass mittig ein Flüssigkeiten aufnehmender Bereich verbleibt, das aber fast unschädlich ist, weil dennoch die geschlossene Vereisungswanne gegeben ist, die das Austreten von Schadstoffen enthaltenen Wässern sicher unterbindet. Die Vereisungswanne sollte im Innenbereich so groß sein, dass sie die gesamte Wassermenge, die im Behältnis gelagert ist, aufnehmen kann.
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Wird ein solches Behältnis neu geschaffen, so wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass beim Herstellen des Behältnisses zumindest dessen im Untergrund stehender Bereich, vor allem der Boden mit Gefrierrohren ausgerüstet und mit Anschlüssen einer Gefrieranlage verbunden wird. Dabei ist es im Endeffekt egal, ob es sich um Mauerwerk, um Betonwände oder auch um Doppelstahlwände handelt, in die im Abstand solche Gefrierrohre eingesetzt werden. Dies ist verhältnismäßig einfach und gibt die Möglichkeit, im Bedarfsfall die gewünschte und benötigte Vereisungswanne schnell und effektiv herzustellen, so dass dann das Austreten der gefährlichen Wässer verhindert werden kann. Bei dieser Variante des Verfahrens aber auch bei der grundsätzlichen erbringt die Vereisungswanne im Inneren eines solchen Behältnisses oder gar Gebäudes Kühlbereiche, was sich je nach Einsatz sehr vorteilhaft einwirkt. Bei den in das Mauerwerk oder die Wandung integrierten Gefrierrohren kann so auf der Innenwand der Wandung des Behältnisses eine zusätzliche schützende Eisschicht gebildet werden, die nicht nur den Innenraum abkühlt, sondern gleichzeitig das Austreten von gefährlichen Wässern erschwert bzw. unmöglich macht.
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Denkbar ist es weiter, eine solche Vereisungswanne aus Wasserglas, Zement oder anderen Stoffen herzustellen oder aber die durch Kältemittel geschaffene Vereisungswanne durch eine mit Wasserglas und/oder Zementmilch oder andere umweltfreundliche Verfestigungsmittel im Untergrund hergestellte Zusatzwanne zu unterstützen. Eine solche Zusatzwanne hat vor allem dann Vorteile, wenn die Kühlzonen außerhalb des Untergrundes hergestellt werden. Zweckmäßigerweise würde die Zusatzwanne dann in der Regel auch die Innenwandung der Vereisungswanne bilden, um so die Kühlwirkung in den Untergrund zu drücken oder aber die Vereisungswanne zum Inneren des Behältnisses hin zu isolieren.
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Je nach Größe des Objektes ist es erfindungsgemäß vorteilhaft, wenn rundum die Vereisungswanne begehbare/befahrbare Überwachungsschächte und/oder Tunnel in den vereisten oder nicht ganz vereisten Untergrund eingebracht werden. In dem nicht ganz vereisten Untergrund können natürlich solche Tunnel oder Schächte einfacher hergestellt werden, wobei aber durch das leichte oder völlige Vereisen des Untergrundes der Zutritt von Grundwasser verhindert wird, so dass diese Überwachungsschächte und Tunnel auch über die gewünschte Zeit hin offengehalten werden können. Durch diese Überwachungsmöglichkeit kann mit absoluter Sicherheit ausgeschlossen werden, dass sich beispielsweise durch spätere Erdbeben Schlitze auftun, durch die dann doch noch wieder irgendwelche Schadstoffe in die Umwelt hineingelangen können.
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Weiter vorn ist erwähnt worden, dass das Gitter aus Gefrierrohren Stabilitäts- und Sicherheitsvorteile erbringt. Ergänzend ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die aus Plastik bestehenden, ein Gitter ergebend verlegten Gefrierrohre im oder unter dem Boden des Behältnisses in einem eine vorausberechnete Flexibilität ergebenden Abstand zueinander verlegt werden. Damit ist die schon erwähnte Erdbebensicherheit gezielt einzustellen und vorauszuberechnen, so dass der Betreiber nach einem eingetretenen Erdbeben sehr schnell weiß, ob die geschaffene Vereisungswanne noch dicht ist oder nicht. Über die Überwachungsschächte und Tunnel kann er schnell eine Sicherheitsüberprüfung durchführen.
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Die im Untergrund vorhandenen Grundwasserströme stellen immer eine gewisse Belastung für eine solche Vereisungswanne dar, weil die Außenwand der Vereisungswanne mit den ankommenden Grundwasserströmen immer in Kontakt kommt und unter Umständen auch längere Zeit im Kontakt bleibt. Die Erfindung sieht nun vor, dass der oder die Grundwasserströme im Abstand zum Behältnis durch einen dort geschaffenen Vereisungsschirm aus Gefrierbohrlöchern abgeleitet oder aufgefangen und abgepumpt werden. Dieser Vereisungsschirm kann auch ggf. dann alleine zum Einsatz kommen bzw. geschaffen werden, wenn nämlich nur die Grundwasserströme die Gefährdung des Behältnisses bringen und ansonsten der Untergrund rund um das Behältnis die eventuell eingedrungenen Schadstoffe allenfalls aufnimmt. Über den so geschaffenen Vereisungsschirm kann der Grundwasserstrom oder können die Grundwasserströme rund um das gefährliche Terrain herumgeführt bzw. aufgefangen und abgepumpt werden.
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Um das Vorbeifließen des Grundwasserstroms vorzugeben, ist es von Vorteil, wenn die einen bogenförmigen oder keilförmigen Vereisungsschirm ergebenden Gefrierbohrlöcher in den den Grundwasserstrom führenden Untergrundbereich eingestoßen werden. Bei einem entsprechend großen Vereisungsschirm ist so die Sicherheit gegeben, dass die ankommenden Grundwässer im Bereich des Behältnisses keine Probleme bringen können.
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Eine weitere Möglichkeit die entsprechenden Behältnisse vor dem Grundwasserstrom zu schützen, ist der, bei dem Vereisungsschirm den Grundwasserstrom in die Tiefe leitend ausgeformt wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn die seitlichen Bereiche aus Gebirge bestehen, das sich für die Weiterleitung des Grundwassers nicht eignet. Vorteilhaft ist diese Umleitung, weil ansonsten das Grundwasser abgepumpt werden müsste, was natürlich wieder mit entsprechendem Aufwand verbunden ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft zu einem Kühlverfahren ergänzt oder dazu zusätzlich angewendet werden, wenn wie erfindungsgemäß vorgesehen die senkrechten und die waagerechten oder die bogenförmigen oder abgelenkten Gefrierrohre zusätzlich oder stattdessen an eine nur die Kühlung des Behältnisses oder des umgebenden Raums reichende Kühlflüssigkeitsversorgung angeschlossen werden. Damit ist eben die Möglichkeit gegeben, im Bedarfsfall beispielsweise in heißeren Zonen das für die Herstellung der Vereisungswanne vorgesehene Gefrierrohrsysteme auch für eine Kühlung der Räumlichkeiten oder des Behältnisses zu verwenden, um entweder dort die klimatischen Verhältnisse zu verbessern oder aber die Gefährdung des Behältnisses durch zu hohe Temperaturen auszuschließen.
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Die Erfindung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass ein Verfahren geschaffen ist, mit dem durch Erdbeben oder auch andere Gefahren beeinträchtigte Behältnisse mit gefährlichen Flüssigkeiten oder Schadstoffe enthaltenden Flüssigkeiten so abzusichern, dass die genannten Schadstoffe nicht in die Umwelt austreten können. Dazu werden die Behältnisse in einer vor allem im Untergrund geschaffenen Vereisungswanne teilweise oder ganz untergebracht, die entweder im Dauerbetrieb aktiv gehalten oder im Gefahrenfall kurzfristig aktiviert wird. Diese Vereisungswanne verhindert, dass die in den gelagerten Wässern oder auch im Gebäude gelagerte Flüssigkeiten in den Untergrund und damit in die Umwelt gelangen, wobei insbesondere der Fall der Atomanlage Fukushima deutlich macht, dass auf diese Art und Weise sehr große Mengen an hier verstrahlten Wässern gelagert werden können, ohne dass die Umwelt durch austretendes Wasser gefährdet werden kann.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile des Erfindungsgegenstandes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel mit den dazu notwendigen Einzelheiten und Einzelteilen dargestellt ist. Es zeigen:
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1 Ein schematisch angedeutetes Kraftwerksgebäude mit Untergrundsicherung und aus geraden Gefrierbohrlöchern bestehender Vereisungswanne,
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2 eine aus schräg gebohrten Gefrierbohrlöchern hergestellte Vereisungswanne,
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3 den Bodenbereich eines entsprechenden Behältnisses,
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4 einen zusätzlichen oder gesondert geschaffenen Vereisungsschirm für ein entsprechendes Behältnis,
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5 eine Vereisungswanne mit Überwachungseinrichtung und
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6 einen Schnitt durch das Mauerwerk oder die Wandung eines entsprechenden Behältnisses.
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1 zeigt beispielhaft ein Kraftwerksgebäude 1, das selbst als Behältnis 2 für gefährliche Stoffe dient oder solche Behältnisse aufnimmt, wobei der untere Teil des Behältnisses 2 im Untergrund 3 sich befindet. Zur Absicherung dieses Behältnisses 2 ist im Untergrund 3 eine Vereisungswanne 5 geschaffen, die aus senkrecht hergestellten Gefrierbohrlöchern 6, 7 und waagerecht hergestellten Gefrierbohrlöchern 8 besteht, so dass auch der Boden 4 des Behältnisses 2 bzw. der Bereich darunter durch die Vereisungswanne 5 bzw. den vereisten Untergrund 20 entsprechend gesichert ist. Neben dem eigentlichen Kraftwerksgebäude 1 ist auch ein Schornstein 13 gezeigt, um zu verdeutlichen, dass es sich hier in der Regel um Industriebauten handelt, die über eine Vereisungswanne 5 zu sichern sind.
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Die Herstellung einer solchen Vereisungswanne 5 wird dadurch begünstigt, dass der Untergrund 3 von einem Grundwasserstrom 19 durchzogen ist, so dass sich das Eis bei Einführen der Gefrierflüssigkeit durch die Gefrierbohrlöcher 6, 7 und 8 schnell herstellen lässt. Die waagerechten Gefrierbohrlöcher 8 werden aus dem Bohrschacht heraus gebohrt, wobei wichtig ist, dass sich durch diese Gefrierbohrlöcher 8, 6, 7 und 8' eine geschlossene Vereisungswanne 5 herstellen lässt. Gezeigt ist, dass rundum diese entsprechenden Gefrierbohrlöcher 7, 8 und 9 ein vereister Untergrund 20 erzeugt wird, der so die geschlossene Vereisungswanne 5 ergibt. Der vereiste Untergrund ist mit dem Bezugszeichen 20, 20' und 20'' gekennzeichnet.
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Abweichend von der Darstellung nach 1 ist in 2 gezeigt, dass die Vereisungswanne auch dadurch hergestellt werden kann, dass schräge Gefrierbohrlöcher 11 eingebracht werden, in die die gleichen Rohre 10 eingebracht werden, wie auch in die Gefrierbohrlöcher 6, 7 und 8. Diese Rohre 10 werden mit einer Gefrieranlage 12 verbunden, über die Gefrierflüssigkeit erzeugt wird, die dann über die einzelnen Gefrierbohrlöcher 6, 7, 8 oder auch 11 in den Untergrund gelangen und diesen gefrieren, also für vor allem Wasser undurchlässig machen.
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3 zeigt eine Draufsicht auf den Boden 4 eines solchen Behältnisses, wobei deutlich wird, dass die Vereisungswanne 5 einmal durch die senkrechten Gefrierbohrlöcher 6, 7 und zweitens durch die waagerechten Gefrierbohrlöcher 8 hergestellt wird. Diese waagerechten Gefrierbohrlöcher 8, 8' sind dabei ein Gitter ergebend hergestellt, so dass der Bodenbereich eines derartigen Behältnisses durch die Vereisungswanne 5 zusätzlich geschützt ist, weil ein solches Gitter der gesamten Vereisungswanne 5 eine gewisse Stabilität aber auch eine gewisse Flexibilität ergibt.
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Zu 2 ist noch ergänzend darauf hinzuweisen, dass der so geschaffene vereiste Untergrund 20 durch einen Ergänzungsschirm 15 bis zur Oberfläche des Untergrundes 3 hochgezogen werden kann.
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Nach 4 ist dann ein zusätzlicher Vereisungsschirm 21 vorgesehen oder aber auch ein alleiniger Vereisungsschirm 21, der dann verwirklicht werden kann, wenn er so aufgebaut und betrieben wird, dass dadurch der Zufluss jeglichen Grundwassers über den Grundwasserstrom 19 unterbunden ist. Der in 4 gezeigte Vereisungsschirm 21 würde nicht ausreichen, um das gesamte Behältnis 2 wirksam zu schützen, so dass dann zweckmäßigerweise eine Vereisungswanne 5 vorzusehen ist. Würde dieser Vereisungsschirm 21 aber so vergrößert, dass er das gesamte Kraftwerksgebäude 1 von der gezeigten Seite her absichert, würde man auf die Vereisungswanne 5 zumindest in der aus 3 vorgesehenen optimalen Form verzichten können.
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Um den Zustand und die Wirksamkeit der geschaffenen Vereisungswanne 5 wirksam und jederzeit überprüfen zu können, ist nach 5 in den Randbereich der geschaffenen Vereisungswanne 5 also in den vereisten Untergrund 20 hinein ein Geflecht von Überwachungsschächten 16 und Überwachungstunneln 17 eingebracht. Diese können jederzeit begangen werden, weil das vereiste Gebirge ja die notwendige Stabilität gewährleistet.
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Zur Erläuterung ist ein zusätzlicher Vereisungsschirm 21 wiedergegeben, der hier so aufgebaut ist, dass der Grundwasserstrom 19 abgelenkt und als umgeleiteter Grundwasserstrom 22 unter dem Kraftwerksgebäude 1 bzw. Behältnis 2 hindurchgeleitet werden kann. Diese Umleitung kann dadurch unterstützt werden, dass das schräg geführte Gefrierbohrloch 11 abgewinkelt wird, so dass ein Hindurchtreten in Richtung Boden 4 des Behältnisses 2 zusätzlich erschwert bzw. unterbunden ist. Durch diese schräg geführten oder aufgefahrenen Gefrierlöcher 11 entsteht ein schräg aufgebauter Vereisungsschirm 23, der die geschilderte Doppelfunktion erbringt.
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Die in den 1–5 gezeigten Vereisungswannen 5 oder Vereisungsschirme 21 sind im Nachhinein, das heißt nach Herstellung des Behältnisses 2 oder des Kraftwerksgebäudes 1 hergestellt worden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, bei der Herstellung des Behältnisses 2 in das Mauerwerk 25 bzw. die Wandung Rohre 26 einzulassen, die jeweils im Bedarfsfall dann aktiviert werden können, wenn ein Schadensfall droht oder eingetreten ist. Über diese Rohre 26 kann die Kühlflüssigkeit so eingeleitet werden, dass sich quasi das Mauerwerk bzw. die Wandung als Vereisungswand ergibt und eine Vereisungswanne 5 entsteht. Es versteht sich, dass hier dieses Mauerwerk nur dann gekühlt oder gar vereist wird, wenn ein Schadensfall eingetreten ist bzw. absehbar ist, während ansonsten diese Rohre 26 im Wartezustand befinden. Natürlich besteht auch die Möglichkeit, bei der Herstellung des Behältnisses 2 im Abstand dazu ein „Gitter” aus Gefrierrohren zu verlegen, das im Einsatzfall durch Anschluss an eine Gefrieranlage zu einer Vereisungswanne 5 gemacht wird.
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Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein entnehmenden, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen.
