DE102016012676A1

DE102016012676A1 - Cryo/sol = habitat, anwendung eines verbundes aus anlagenkomplexen mit ferfahren zur autarken erzeugung von stoffen

Info

Publication number: DE102016012676A1
Application number: DE102016012676.0A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-04-22
Filing date: 2016-10-20
Publication date: 2017-10-26
Also published as: DE102016012676A8

Abstract

Vorrichtung als Verbund von mehreren Anlagen-Komplexen und Ausrüstungen, dadurch gekennzeichnet, dass diese Anlagen-Komplexe und Ausrüstungen in gezielten verfahrenstechnischen Kombinationen und Wirkungs-Verbindung miteinander angewendet werden, um in trockenen, heißen und vornehmlich fernab gelegenen Gebieten die Umsetzung der Sonnenenergie in die Formen elektrischer Strom und Dampf und aus der umgebenden Ressource Luft die Erzeugung der Stoffe – Stickstoff und Sauerstoff als Kältegase und deren Anwendungen zur Ausnutzung ihrer Kälte-Energie sowie physikalischen, biologischen und chemischen Potentiale im Habitat durchführen zu können, – Wasser aus seiner in der Betriebsluft gelösten Form sowie aus der Regenerierung der Molsiebe in der Luftzerlegung (Komplex 4) und aus der Verdunstung in den Gewächshäusern (Pos. 9.5), in Verbindung mit neu kreierten Ausrüstungen, gewinnen zu können und als Trinkwasser angewendet werden zu können und nach seinem Gebrauch in Anwendung als Körperwasser und Brauchwasser in getrennten Kreisläufen aufbereitet und der Anwendung wieder zugeführt zu werden, wobei ein Teil aus dem Brauchwasser in das Trinkwasser wieder zurückgeführt wird, und aus dem Wasser – Wasserstoff als Treibstoff zur Erzeugung von elektrischem Strom und für weitere Anwendungen zu erzeugen und für den Einsatz in Zeiten ohne Sonnenschein zu speichern, sowie die Speicherung des Wassers in Behältern (Pos. 5.3 und 5.4) und damit verbunden in Synergie die Speicherung der technologischen und natürlichen Kälte aus der Nacht in dem Wasser zur Verwendung am Tag effizient zu ermöglichen, wodurch mit diesen erzeugten Stoffen und der Nutzung der Sonnenenergie Grundlagen für den Aufbau und das Betreiben eines Lebensraumes in fernab liegenden trockenen, heißen, unbewohnten oder nicht dauerhaft bewohnten Gebieten für eine große Zahl bis zu mehreren Hundert Menschen sowie Nutztieren geschaffen werden kann und dieser Lebensraum, gedeckt aus den im Ambiente vorliegenden Ressourcen, autark mindestens für eine Grundversorgung der Bewohner und Nutztiere wirken kann, zusammengesetzt aus mindestens – Komplex 1 zur Umformung der Sonnenenergie durch Solar-Thermie (Pos. 1.1) und/oder (Pos. 1.4) und/oder durch Photovoltaik (Pos. 1.2) und/oder durch Windkraft (Pos. 1.3) in thermische und elektrische Energie sowie die Bereitung des elektrischen Stromes gemäß seinen erforderlichen Parametern für die Verbraucher in dem Verbund der Anlagen-Komplexe und in – Komplex 2 eingesetzt werden kann zur Erzeugung, Verflüssigung und Lagerung von Wasserstoff, der als dauerhaft nutzbare Energieform genutzt und mit dem in den Zeiten ohne Sonnenschein dauerhaft, ergänzt durch Windkraft, elektrische Energie erzeugt werden kann, einem – Komplex 3 zur Verflüssigung von Luft aus dem Ambiente mittels Verdichtern und ihre Trennung im Wesentlichen in die Gase Stickstoff und Sauerstoff mittels einer Trennsäule, einem – Komplex 4, in dem die flüssigen Gase in Tanks gelagert und von hier über ihrem Siedezustand nach Bedarf in vielseitiger und synergetischer Verwendung als Gas für das Betreiben des Habitats oder als Flüssigkeit, abgefüllt z. B. in Flaschen, entnommen werden, dem – Komplex 5, in dem die Gase entsprechend ihrer Kälte-Kapazität, ...

Description

Ausgangspunkt für die Erfindung
Unsere heutige Zeit wird durch viele sich verändernde Umstände beeinflusst:

– die Zunahme der Weltbevölkerung,
– stetig steigende Meereshöhen mit schwindendem Lebensraum auf Inseln und Meeresküsten in und an den Ozeanen der Welt,
– politische Umwälzungen und damit ausgelöste Flüchtlingsbewegungen,
– die Zerstörung von bisherigen Lebensräumen durch Natur-Ereignisse und Eingriffe des Menschen,
– eine steigende Zunahme der Trockenheit in vielen Gebieten der Welt,
– oft gering entwickeltes technisches Niveau und Lebensstandard in bestimmten Ländern, verursacht auch auf Grund fehlenden Wassers und anderer lebensnotwendiger Ressourcen und Gegebenheiten.

Diese Faktoren erfordern es, zukünftig nach Möglichkeiten zu suchen, mit denen die Lebensräume für Menschen dieser Welt verbessert oder auf bisher unbewohnte, fernab liegende und technisch unterentwickelte Gegenden erweitert werden können. Deshalb sind Aktivitäten in diese Richtungen für die Zukunft dringend notwendig, um Lösungen schaffen zu können:

1. Es könnten Projekte als „Hilfe zur Selbsthilfe” zum Aufbau von Lebens-Potentialen in Ländern mit geringem wirtschaftlichem Niveau und dringendem Bedarf an Entwicklung sowie erforderliche Sicherheit für ausreichende Ernährung und Lebenswürdigkeit realisiert werden. Der Inhalt der Erfindung eröffnet für die Menschen das Erleben naturbezogener Zusammenhänge mit moderner Technik, das eine hohe Verbundenheit mit dem neuen Dasein in einer fremden Welt und das Interesse für Weiterentwicklungen aufbringt.
2. Politisch kann es in nationalem Interesse einiger Staaten liegen, die Erschließung weiträumiger unbewohnter Gebiete in ihren großen Territorien voranzutreiben, so dass Zellen des Lebens inmitten des weiten heißen und trockenen Landes aufgebaut werden, die, wie Raststätten an der Autobahn, als Zwischen-Stationen auf dem Weg zu weit entfernt liegenden Wohngebiete fungieren und diese verbinden können.
3. Auch andere Notwendigkeiten wie z. B. die Installation langjähriger Niederlassungen für Forschungstätigkeiten oder andere Aufgaben in fernen, heißen, trockenen und unwegsamen Gebieten begründen es, Grundlagen für Leben in unbewohnten Gegenden zu schaffen.
4. Ausgehend von diesen Keimzellen können der Lebensraum und die Besiedlung zukünftig erweitert werden und somit große Areale in solchen Gegenden erschlossen werden.
5. In diesen Keimzellen könnten Waren-Produktionen mit Wertschöpfung beginnen, die als Wirtschaftsfaktor für diese Territorien wirken und wichtig sind für die Entwicklung des Landes aus eigener Kraft.
6. Die Planung der Habitate in verschiedenen Standorten stellt sich dabei als ökonomisch heraus, weil sie nach einem General-Projekt vorgenommen werden kann. Die Auslegung verschiedener Bewohner-Kategorien und somit Anlagen-Größen sind dabei mit nur geringem Änderungsaufwand verbunden.

Der Aufbau dieser Keimzellen beginnt bei der Wasser-Gewinnung und mit der Gestaltung einer für die Grundbedürfnisse der Menschen ausreichenden Versorgung und Infrastruktur. Die Menschen müssen sich diszipliniert in der Wasser-Verwendung, ihrer Ernährung und der Umwelt gegenüber verhalten. Die Wasser-Gewinnungs- und Aufbereitungs-Anlagen sind zur Vermeidung von Verdunstungsverlusten im geschlossenen System geführt und erhalten für den Zugewinn ein Recycling und die Rückführung von Abwasser in den Verbrauch. Die Versorgungsgrundlage wird mit dem Anlegen von Gewächshäusern, Fischbecken, gegebenenfalls Nutztierhaltung u. a. sowie erforderlichen kommunalen Einrichtungen wie Wohnhäusern, Krankenhaus, Produktionsstätten, Feuerwehr, Gemeinschaftshaus, Kultur, Sportstätten u. a. gewährleistet.
Eine wichtige Bedingung für die Auswahl des neuen Lebensraumes ist die Beschaffenheit des Baugrundes. Dieser muss geeignet sein, eine sicher ausgelegte Aufstellung für die Ausrüstungen auf dem Boden realisieren zu können. Eine totale Sandwüste mit diffusem Untergrund kann deshalb nicht als geeignete Gegend zur Installation eines Habitats angesetzt werden. Die Lösung für die Herstellung geeigneter Fundamente ist eine große Herausforderung. Im normalen Bau-Geschehen wird flüssiger Beton in vorbereitete Gruben eingefüllt, der danach aushärtet und als ausreichendes Fundament die Kräfte in den Baugrund einleiten kann. Verschraubungen o. ä. Verankerungen zur Aufnahme der Ausrüstungen werden dabei mit eingebunden. In dem hier vorliegenden besonderen Fall ist die Bereitstellung größerer Mengen von Wasser für das Baugeschehen zu Beginn des Aufbaus des Habitats nicht gesichert. Außerdem sind die Entfernungen zu ausreichenden Versorgungsquellen möglicherweise sehr groß. Aus diesem Grund sind andere Lösungen gefordert, die erfindungsgemäß vorgestellt werden (Beschreibung siehe am Ende der Ausführungen).
Die vorliegende Erfindung soll in Gebieten mit extremer Trockenheit und sehr hohen Temperaturen angewendet werden, um die Grundlagen für die Möglichkeit einer neuen langzeitigen oder dauerhaften Besiedlung zu schaffen. Dies könnte Gegenden der Erde betreffen, in denen das weite unbewohnte Land mit beständigen, autark versorgten Habitaten kultiviert werden kann und somit Versorgungs-Stützpunkte für Verbindungslinien durch das Land oder weitere Planungen gebildet werden wie z. B.:

– das Innere von Australien,
– die Sahelzone,
– die Halbinsel Arabien,
– weite Gebiete von Nord- und Südafrika,
– Teile von Nord- und Südamerika,
– Teile in Asien u. a.

Das Ziel der Erfindung ist es, die Ressourcen Sonne und Luft, die in diesen für ein Habitat geplanten Gegenden vornehmlich als einziges nutzbar vorliegen, umfassend als Grundlage zum Leben zu nutzen. Aus diesen „Gaben” werden elektrischer Strom, Kälte-Energie über die Luftverflüssigung, Wasser in Form von Schnee aus der Luft filtriert und aus dem Wasser Wasserstoff gewonnen, wobei aus Letzterem in Zeiten ohne Sonnenschein elektrischer Strom erzeugt wird und der Wasserstoff als kontinuierlich zur Verfügung stehende Energieform dauerhaft gespeichert werden kann. Aus der Kälte-Energie der Luftverflüssigung werden flüssiger Stickstoff, Sauerstoff und Edelgase erzeugt, die dann vielseitig auf Grund ihres physikalischen, chemischen und biologischen Potentials im Habitat angewendet werden.
Entgegengesetzt zu den hier in Betracht gezogenen heißen und trockenen Gegenden, die in weit entfernten Gegenden im Inneren des Festlandes liegen, kann man z. B. an Meeresstränden (bei fehlendem Süßwasser) das Meereswasser günstig in Trinkwasser umwandeln. Dies erfolgt z. B. mittels Permeation in der Form einer Filtration des Salzwassers durch semipermeable Wände. Dafür wäre nur der fehlende elektrische Strom für den Antrieb der Pumpen zu erstellen. Dies könnte mit den Möglichkeiten z. B. der Photovoltaik als direkte Stromerzeugung oder mit Solarthermie, in Form von Solarspiegeln mit Verdampfern im Brennpunkt zur Erzeugung von Dampf, erfolgen, der dann zum Antrieb von Dampfturbinen und angeschlossenen Generatoren dient oder parallel direkt als Wärme zur Verdampfung herangezogen werden kann. Dieser Fall der Permeation von Meerwasser als zweite Ausrichtung zur Gewinnung von Süßwasser bei der Schaffung eines fernab liegenden Habitats soll für die vorliegende Erfindung aber nicht weiterverfolgt werden. Die Schrift bezieht sich nur auf die Problematik der heißen und trockenen Gegenden, weit abgelegen von besiedelten Zentren. Das für das Habitat benötigte Wasser soll aus der Luft gewonnen werden.
Stand der Technik
Allgemein werden zur Gewinnung von Wasser aus der Luft Verfahren und Kälte-Anlagen angewendet, in denen die Kälte per Sorption oder mit einem Kältemittel-Kreislauf o. a. erzeugt wird. Die Ausrüstungen sind meist als kompakte Einheiten gestaltet, in denen energetische und thermodynamische Vorteile als Ziele gestellt sind. Die Kältemittel sind dabei zumeist umweltbelastende chemische Produkte und unterliegen in ihrem Betreiben strengen Umwelt- und Sicherheitsregeln. Sie können bei Betriebsstörungen oder Havarien Kontaminierungen verursachen, wobei fernab der Zivilisation schwerwiegende Probleme und Aufwendungen in der Bereinigung aufkommen. Sie wären kostenaufwändig und als Betriebsmittel für die Inbetriebsetzung sowie ggf. für Wechsel bzw. notwendige Nachfüllungen in den zumeist sehr entfernt liegenden Lebensraum zu transportieren.
In WO 2013/083127 A2 wird neben der Aufführung verschiedener Schriften aus dem Stand der Technik eine Vorrichtung als kompakte Anlage zur Kälteerzeugung mittels eines Kompressions-Kälteverfahrens zur Gewinnung von Wasser aus der Luft vorgestellt. Die Merkmale hierbei sind, dass zur Erzeugung der elektrischen Energie und die Bereitstellung thermischer Energie zum Betreiben des Kompressors sowie weiterer Verbraucher Module der Photovoltaik oder Sonnenkollektoren Bestandteil der Vorrichtung sind sowie weitere für diese Lösung spezifische Ansprüche. Die Vorrichtung ermöglicht gemäß den in der Schrift genannten Werten für den Energie-Bedarf nur eine sehr geringe Ausbeute an Wasser aus der Luft und wird als mobile Anlage beschrieben. Für das Betreiben eines Habitats mit einer größeren Zahl an Bewohnern ist eine solche Anlage nicht ausreichend. Außerdem bietet die vorliegende Lösung keine Möglichkeit für einen Dauerbetrieb der Anlage, es kann nur bei Sonnenschein Energie erzeugt und somit angewendet werden.
EP 1782009 B1 zeigt eine Vorrichtung auf, die zur Erzeugung von Sauerstoff aus der Umgebungsluft und zur Verwendung für den atmosphärischen Druck dient und die zum Einsatz für unterwegs und zu Hause geplant ist. Bei der Erzeugung von Sauerstoff aus der Luft wird das gemäß der Abkühlung aus der Luft auskondensierte Wasser abgeführt. Dazu ist eine aktive Beheizung installiert, die die Temperatur des Wassers für die Abführung gezielt über dem Gefrierpunkt hält. Die Kapazität der Sauerstoff-Erzeugung ist nur für eine geringe Anwendung geeignet.
Für das Betreiben des Habitats ist die

– Erzeugung von flüssigem Stickstoff und Sauerstoff und ihre vielseitige Verwendung gemäß der vorliegenden physikalischen, chemischen und biologischen Potentiale in Synergien und mit großer Effizienz,
– die Gewinnung von Wasser aus der Luft unter Anwendung von sehr niedrigen Temperaturen und dabei der Überführung des Wassers in die Form des Schnees als effiziente Weise zur Trennung des Wassers aus der Luft sowie
– die Herstellung von Wasserstoff aus dem gewonnenen Wasser

Die Inhalte der im Stand der Technik vorgestellten Schriften können diese Bedingungen nicht erfüllen. Für das Betreiben eines Habitats als Lebensraum für eine große Kommune, in der viele Menschen leben, ist es erforderlich, dass Anlagen und Verfahren auch bei fehlendem Sonnenschein arbeitsfähig sein müssen. Es fehlt in diesen Schriften im Besonderen die Speicherung von größeren Mengen elektrischer Energie oder die Vorstufen für ihre Erzeugung in den Zeiten ohne Sonnenschein, wenn die Versorgung mit elektrischem Strom aus dem Netz ausgeschlossen werden soll. In der hier vorgelegten Schrift wird das Prinzip der Eigenversorgung aus den im Ambiente vorliegenden Materien der Natur verfolgt, es soll die Grund-Versorgung für mehrere Hundert Menschen im Habitat sichern.
Ziel und Aufgabe der Erfindung:

CryoAmb/Sol = Habitat mit der Kälte aus verflüssigten Gasen aus dem unmittelbaren Ambiente/gewonnen mit der Energie der Sonne, = Schaffung und Betreiben neuer, autark versorgter Lebensräume dies ist Aufgabe und Ziel der Erfindung, die für weit abgelegene heiße und trockene Gebiete angewendet werden soll. Das Habitat soll durch die Umformung der Energie aus der Sonne und Gewinnung notwendiger Stoffe aus örtlichen Ressourcen im Ambiente autark betrieben werden, fossile Energiequellen werden für die erfindungsgemäße Lösung verworfen.

Wichtigste Bedingungen bei der Schaffung von Lebensraum ist die Bereitstellung von Trinkwasser. Die Vorkommen von Wasser sind an heißen und trockenen Orten, die weit entfernt im Festland liegen, sehr oft unzureichend bzw. nicht vorhanden. Diese Gebiete sind deshalb bisher selten oder nicht bewohnt. Eine der Möglichkeiten zur Findung von Wasser ist z. B. die Grundbohrung nach ausreichenden unterirdischen Wasserquellen. Oft fehlen aber diese Quellen oder sie gehen durch bisher zu hoch getätigte Entnahmen zur Neige und gewähren keine Sicherheiten mehr für die Zukunft. Aber auch weitere Bedingungen für ein ausreichend ausgestattetes Habitat, wie

– die Installation einer Kommune mit Arbeitsplätzen, Kultur, Sport, Freizeit und Lebensfreude,
– medizinische Betreuung, Wasser-Recycling u. a.
– der Anbau von Nahrungsmitteln und ggf. Nutztier-Haltung

In den betreffenden entfernt abliegenden Gegenden steht nur die Sonne und Wind als nahezu sichere Energielieferanten zur Verfügung. Die erforderliche Energie für die Antriebe und den Energiebedarf zum Betreiben eines Systems von Anlagen-Komplexen und der Versorgung in der Kommune muss hieraus gewonnen werden. Die Versorgung in der Nacht soll mit Energieträgern erfolgen, die am Tag aus der Sonne erzeugt und für die Nacht gespeichert werden können und nicht als Umweltgift wirken. Eine Speicherung für Notfälle und Reserve ist dabei zusätzlich einzuplanen. Dazu müssen folgende Aufgaben gelöst werden:

– Die Umformung der Sonnenenergie in elektrischen Strom und Dampf,
– Schaffung eines Mediums, im Besonderen Wasserstoff, zur Speicherung für Sonnenenergie und deren Verwendung in der Nacht,
– die Gewinnung und Bereitstellung von Wasser,
– hygienische und sterile Aufarbeitung von gebrauchtem Abwasser in Kreisläufen und dessen Rückführung in den Verbrauchs-Kreislauf,
– Schaffung optimaler Bedingungen für die Erzeugung von Obst und Gemüse und ggf. eine Haltung von Nutztieren zur Fleisch-Gewinnung, ggf. Fischzuchtbecken u. a.,
– die Gestaltung von Infrastruktur in Form der Bereitstellung von Wohnhäusern, einem Krankenhaus, einem Gemeinschaftshaus für Schule, Kultur und Verwaltung, ggf. zentrale Küche, Produktionsstätten zur Erzeugung von Waren mit Wertschöpfung oder die Reparatur von notwendigen Werkzeugen und anderen Artikeln für die dort lebenden Menschen sowie weiteren notwendigen Versorgungseinheiten wie Feuerwehr-, Krankenwagen (jeweils mit Elektro-Antrieb) u. a.,
– die Klimatisierung für die Stätten der Kommune am Tag und ggf. Heizung in kalten Nächten (lokal bedingt),
– Gefrier-Kälte und Inertisierung für die langzeitige Lagerhaltung von verderblichen Nahrungsmitteln in einem Gefrierraum,
– Getreidesilos zur Aufnahme von Lagerbeständen für Getreide (Weizen, Roggen, Reis u. a.) für große Zeiträume (die volle Eigen-Erzeugung ist im Habitat kaum möglich), Einleitung von Stickstoff von oben durch das Getreide zur Haltbarmachung und zur Vermeidung von Brandgefahr,
– Müllverbrennung, mit Unterstützung einer Wasserstoff-Flamme und Sauerstoff-Beigabe, zur Befähigung für eine Hochtemperatur-Verbrennung für anfallende nicht verrottungsfähige Stoffe,
– eine Kompostier-Anlage
– ggf. weitere Einrichtungen.

Das wichtigste Prinzip des Habitats ist das geschlossene System für Wasser und für Kälte-Energie. Höchstes Sparsamkeitsprinzip in der Anwendung des Wassers sowie die sterile Aufarbeitung und Rückführung jeglicher Gebrauchswässer wird als Grundlage angesetzt. Nur unvermeidliche Verluste wie Verdunstung, Spritz- und Lüftungsverluste u. a. gehen dem Habitat verloren. Die modernsten Verfahren des Recycling von Abwasser (Klärwasser) sind dabei anzuwenden. Darüber hinaus wird erfindungsgemäß mehrfach eine hintereinander erfolgende Verdampfung zur Sterilisation und Rück-Kondensation der Wässer in ihrem Recycling-Kreislauf als zusätzliche und besondere Form der Abscheidung von Stoffen aus dem Wasser angewendet. Dies erfolgt aus Gründen der Einhaltung von Sterilisation, Hygiene und der Begegnung von Antipathie gegenüber biologischen Abwässern.
Die aus der Nutzung der aus der Sonnenenergie erzeugten Kälte wird unter ausgiebiger Verwendung und Ausnutzung ihrer technologisch nacheinander abgestuften Temperatur-Niveaus und mit maximaler Ausbeute eingesetzt und verwendet. Das als normal geltende Gebot eines
„sparsamen Umgangs mit Energie”
soll hier auf die Formel
„optimale Ausnutzung des im Habitat gesamt installierten Energie-Erzeugungs-Potentials zur „maximalen Verwertung”
geändert werden. Alle Technologien und Aktivitäten im Habitat sollten bezüglich Energie nicht auf Sparmaßnahmen, sondern auf
die volle Ausnutzung des Energie-Potentials umgelegt werden,
weil die Betriebskosten für die Energie-Erzeugung im vorliegenden Fall nahezu = Null sind, und hieraus die beste wirtschaftliche Ausbeute resultiert.
Außer den in der Erfindung genannten Anwendungen sollten immer Erneuerungen und Erweiterungen erkundet werden, mit denen gewonnene Erkenntnisse beim Betreiben des Habitats als weitere kreative Anwendungen zum Nutzen gefunden werden können.
Für die Gewinnung von Wasser bietet sich an, das in der Luft gelöste Wasser trotz sehr geringer Wassergehalte (kleine relative Luft-Feuchtigkeit) auszuschöpfen. Man kann rechnerisch nachweisen, dass bei ausreichend tiefen Temperaturen das in der Luft gelöste Wasser mittels technischer Einrichtungen optimal ausgefällt werden kann. Diese tiefen Temperaturen sind in Wüsten aber nicht vorhanden. Es wäre hierfür erforderlich, Kälte-Anlagen zu installiern. Diese müssten ausreichend tiefe Temperaturen erzeugen, um eine, bei der geringen relativen Luftfeuchte, effiziente Wasserausbeute erreichen zu können. Weiterhin sollten neben der Kälte auch Medien erzeugt werden können, die für das Habitat in Synergie zur Kälte weitreichend für andere Aufgaben und Zwecke verwendet werden. Dies bildet eine wesentliche Grundlage zum gelungenen Aufbau und Betreiben des Habitats.
Das Habitat könnte wirtschaftlich Verwendung finden als:

– neuer Lebensraum für Menschen in heißen und trockenen Gegenden der Welt,
– Schaffung von Tourismus-Zentren,
– langzeitige Forschungsstätte in wissenschaftlich bedeutungsvoller Umgebung oder andere Aufenthalte für wichtige erforderliche Tätigkeiten,
– Astromische Beobachtungs- und Wirkstätte in hoch liegenden Trockengebieten,
– logistischer Versorgungspunkt auf weiten Verbindungswegen,
– Keimzelle für den weiteren Ausbau von Besiedelungen und somit Aufbau von bisher wenig genutzten Gegenden in einem weiten Territorium eines Landes,
– weitere Anwendungen.

Ausführungsbeispiel mit Darstellung zur Lösung der Aufgabe
Diesem Ausführungsbeispiel soll die Schaffung und das Betreiben eines Habitats in heißen und trockenen Gebieten auf der Erde vorgestellt werden. Ihm liegt die grobe Auslegung (Abschätzung) eines Verbundes von Anlagen-Komplexen zu Grunde, die für den Betrieb des Habitats erforderlich sind und gemäß der Erfindung angewendet werden sollen. Diese Bilanzen und Ergebnisse sollen die technische Umsetzbarkeit der Erfindung unterstreichen. Die Erfindung beinhaltet das Konzept der Anwendung von Anlagen-Komplexen als Vorrichtungen und Verfahren zur Erzielung von Bedingungen, mit denen Stoffe aus dem Ambiente der fernab liegenden Gegenden gewonnen, umgewandelt und umfassend verwendet werden können. Sie werden mittels Sonne aus der Luft erzeugt. Diese Stoffe werden erfindungsgemäß so universell eingesetzt, dass vielseitige Effekte und Synergien bei höchstmöglicher Ausnutzung der Potentiale dieser erzeugten Stoffe erzielt werden. Die Kreation zusätzlicher Vorrichtungen und entwickelter Verfahren ergänzen die Erfindung bezüglich der Schaffung von Möglichkeiten für optimale Methoden bei der Verarbeitung und Anwendung der Stoffe im Verbund der Anlagen-Komplexe zum Nutzen im Habitat.
Bei der groben Auslegung dieses Verbundes wurden genäherte Ansätze für technische und ökonomische Ausgangswerte verwendet. Dieses Ausführungsbeispiel darf deshalb nicht als exaktes Projekt herangezogen werden. Es stellt nur einen allgemeinen Rahmen vor, der ungefähr die Ergebnisse der erfindungsgemäßen Anwendung des Verbundes von Anlagen-Komplexen, ihrer koordinierten Zusammenstellung und der Größe ihrer Energie- und Stoff-Ströme sowie der angewendeten Verfahren im Habitat vorstellen soll. Die genaue und optimierte Auslegung des Verbundes von Anlagen-Komplexen und Verfahren nach der vorliegenden Erfindung muss mit dem Fachwissen für die einzelnen Komplexe exakt im Zusammenhang mit den Zielen in den einzelnen zu erstellenden Projekten, nach der zu wählenden Anzahl für die Bewohner sowie den vorliegenden Aufgaben und den Umweltbedingungen in der Gegend des Habitats erfolgen. Eine Erhöhung bzw. Verringerung der Zahl der zu versorgenden Bewohner bzw. der Versorgungsleistung pro Bewohner kann erfolgen. Dies muss jedoch mit der Erweiterung oder Verringerung der Kapazität für die Stromerzeugung (Komplex 1), Kälteerzeugung (Komplex 3 und 4) und Wasserstoff-Bilanz sowie der kommunalen Bereiche, Anbauflächen und den übrigen Installationen einhergehen.
Das Beispiel für ein Habitat, das dieser Erfindung zu Grunde liegt, ist für den erforderlichen Lebensraum von 2.000 Menschen angesetzt und betrifft die Grund-Versorgung für die Menschen mit Trink- und Gebrauchswasser sowie Nahrungsmitteln (Gewächshäuser), autark aus der Umgebung erzeugt. In der Tabelle (T.1) sind einige Werte vorgestellt. Weitere Beispiele für die Auslegung des gesamten Anlagen-Verbundes im Habitat können herangeführt werden, bei denen z. B. Optimierungen für die Wasser-Gewinnung im Zusammenspiel der Tages- und Nachtzeiten angestrebt werden (siehe Beschreibung Komplex 5) oder z. B. die Speicherkapazität für das Wasser- und Kälte-Speicher (Komplex 10) erhöht werden, um die Möglichkeit einer höheren Kälte-Kapazität für die Klimatisierung der Gebäude am Tage zu erreichen. Die vorhandenen Kapazitäten könnten auch für eine Haltung von Nutztieren erweitert werden, allerdings müsste hierfür im konkreten Projekt noch eine exakte Planung bezüglich der Tränkwasser- und Futter-Versorgung erfolgen. Die entsprechend notwendige Erzeugungskapazität ist dafür dann zu erweitern. Zusätzliche Versorgungen z. B. mit Getreide, Gefrierfleisch u. a. als Langzeit-Nahrungsmittel, Medikamenten, Konsumgütern, wichtigen Mineralien, Werkzeugen, Hygiene-Artikeln oder weitere müssen über geplante Transporte in größeren Zeitabständen organisiert werden.
Aufbau der Anlage:
Das Habitat wird aus mehreren unterschiedlichen Anlagen-Komplexen gebildet, die erfindungsgemäß in kombinierten und vernetzten Anwendungen mit den durchgeführten Verfahren genutzt werden. Die hierbei in den Anlagen-Komplexen während der Verfahren erzeugten Stoffe und Medien werden vielseitig und ausschöpfend als Basis zur Schaffung der Lebensräume für Menschen und ggf. Nutztiere in den betreffenden Gebieten angewendet.
Die Erfindung als Vorrichtung und Verfahren zur Schaffung eines Habitats in einem neu zu gestaltenden Lebensraum in heißen, trockenen und weit entfernt von bewohnten Zentren liegenden Gebieten soll nachfolgend in ihrem technischen Zusammenwirken vorgestellt werden. Auf die Darstellung spezieller Einzelheiten der angewendeten bekannten Anlagen-Komplexe, Vorrichtungen und Verfahren wird dabei verzichtet, weil nicht die Vorrichtungen und Technologien dieser Anlagen-Komplexe sondern nur die Art und Weise ihrer Anwendung und Verknüpfung Bestandteil dieser Erfindung sind. Erforderliche Gesetze und Vorschriften für die sicherheitstechnische Ausführung der Anlage und Durchführung der Verfahren sind jeweils in dem betreffenden Projekt zu beachten und zu realisieren. Rechte Dritter bei der Anwendung der bekannten Anlagen, Vorrichtungen und Verfahren sind für zukünftige Projekte zu beachten.
In 1 ist eine Übersicht für das Gesamt-System „Habitat”, bestehend aus einem Verbund von mehreren angewendeten Anlagen-Komplexen, dargestellt.
Es bedeuten:

– Komplex 1: Sonnenenergie als täglich zur Verfügung stehende Energie-Basis zur Umformung über bekannte und neu entwickelte Systeme unter Wahrung einer optimalen Redundanz bei Mix von 4 Umsetzungs-Systemen in nutzbaren elektrischen Strom und Wärme und parallel weitergehend zur Erzeugung von Wasserstoff als lagerfähige Energieform für den Nachtbetrieb und als Reserve wie z. B.:
– Pos. 1.1 Anlage mit linearen Sonnenspiegeln oder als Solar-Turmkraftwerk in der Ausführung als Heliostaten mit auf einen Solarofen gerichteten Brennpunkt, Spaltung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff, die Lagerung des Wasserstoffs und seine Verwendung als Treibstoff für Gas-Motoren mit angeschlossenen Generatoren und/oder Brennstoffzellen bei der Erzeugung von elektrischem Strom,
– Pos. 1.2 Photovoltaik-Anlage zur Erzeugung von nutzbarem Strom, seinen Eintrag in die Umsetzer-Station und Schaltzentrale (Pos. 2.4) zu seiner Formierung und zum Verbrauch und parallel Verwendung dieses Stromes zur Erzeugung von Wasserstoff über die Elektrolyse von Wasser,
– Pos. 1.3 Windkraft-Anlage zur Erzeugung von nutzbarem Strom, seinen Eintrag in die Umsetzer-Station und Schaltzentrale (Pos. 2.4) zu seiner Formierung zum Verbrauch und parallel Verwendung dieses Stromes zur Erzeugung von Wasserstoff über die Elektrolyse von Wasser,
– Pos. 1.4 Anlage mit linearen Sonnenspiegeln oder in der Ausführung als Heliostaten mit auf einen Solarofen gerichteten Brennpunkt, zur Verdampfung von HTM (Heat Transfer Medium) im Solarofen und daraufhin im Sekundärkreis zur Erzeugung von Wasserdampf oder direkt als Dampferzeuger für Wasserdampf zur Bereitstellung für die Verbraucher und/oder Erzeugung von Wasserdampf für die Erzeugung von elektrischem Strom über Dampfturbinen mit angeschlossenen Generatoren und dessen Eintrag in die Umsetzer-Station und Schaltzentrale (Pos. 2.4); Organisation der entsprechenden Kondensat-Rückführungen;
– Komplex 2 Wasserstoff-System mit Verdichtung und Verflüssigung des erzeugten Wasserstoffes und Lagerung des Wasserstoffes in Tanks und Stromerzeugung über Verbrennungsmotoren mit angetriebenen Generatoren und/oder Brennstoffzellen sowie in Knallgas-Maschinen und weiteren Systemen, Sammlung des gasförmigen Sauerstoffes in Gasometer und ständiger Verbrauch, Niederschlag des Wasser-Kondensates nach der Verbrennung und Rückführung des entstehenden Wassers in den Kreislauf;
– Komplex 3 Anlage zur Luft-Verflüssigung und -Trennung in die Kältegase Stickstoff und Sauerstoff in flüssiger Form;
– Komplex 4 Tanklager für die flüssigen Kältegase Stickstoff und Sauerstoff;
– Komplex 5 Anlage zur Gewinnung von gelöstem Wasser aus der Umgebungsluft (Betriebsluft), der Regenerierung der Molsiebe aus der Luftzerlegung sowie des Verdunstungskondensates aus den Gewächshäusern;
– Komplex 6 Trinkwasser-System;
– Komplex 7 Körperwasser-System;
– Komplex 8 Brauchwasser-System;
– Komplex 9 Kommunal-System;
– Komplex 10 Wasser- und Nachtkälte-Speicher;
– Komplex 11 Außenplantage;
– Komplex 12 Müllverbrennung;
– Komplex 13 Kompostierung;
– weitere Komplexe, die sich aus den gesammelten Erfahrungen beim Betreiben als Lösungen zum Nutzen des Habitats ergeben.

Komplex 1: Erzeugung von Strom, Wasserstoff mittels Wasser-Spaltung und/oder Wasser-Elektrolyse sowie Dampf aus der Sonnenenergie (Fig. 2)
Die Sammlung und Umwandlung der Sonnenenergie in nutzbaren elektrischen Strom und Wärme erfolgt durch die Anwendung der modernsten nutzbaren Anlagen und Verfahren, die unter den Positionen 1.1 bis 1.4 aufgeführt sind. Am Tag kann der über Solaranlagen und die Windkraft erzeugte elektrische Strom direkt angewendet werden. Als Speicherform für die Sonnenenergie für die Nachtzeit und zur Reserve wird am Tag parallel die Erzeugung von Wasserstoff als lagerfähige Energieform betrieben. Der Wasserstoff wird dann in den Zeiten ohne Sonnenschein oder ggf. auch am Tag bei Notversorgung zur Erzeugung von nutzbarem elektrischem Strom über Wasserstoff-Motoren und den Antrieb von Generatoren und/oder über Brennstoffzellen verwendet. Die Organisation und Koordinierung des Einsatzes der Positionen 1.1 bis 1.4 als auch der Einsatz der Wasserstoff-Motoren und/oder Brennstoffzellen in ihrem Arrangement kann sowohl aus Gründen der Optimierung für die Effizienz der Energiegewinnung oder auf Grund der Qualität des anliegenden Energie-Potentials in der Gegend als auch als Redundanz zwischen diesen Systemen bei Versorgungslücken der Sonnenstrahlung oder des Windes erfolgen.
In dem Solar-Turmkraftwerk (Pos. 1.1) richten Heliostaten ihren Brennpunkt auf einen Solarofen (Pos. 1.1.1). In ihm wird auf einem ersten Weg Wasser bei sehr hoher Temperatur in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Diese beiden Gase werden aufgefangen und von hier kontinuierlich zur Weiterverwendung geleitet. In einer Anlage mit linearen Sonnenspiegeln und/oder in der Ausführung als Heliostaten und einem Dampferzeuger im Brennpunkt (Pos. 1.4) wird HTM (Heat Transfer Medium) bei ca. 400°C verdampft. In einem Sekundärkreislauf wird mittels des HTM-Dampfes Wasserdampf, ca. 10 bar(a), erzeugt oder der Wasserdampf wird direkt im Solarofen (Pos. 1.1.1) im Brennpunkt erzeugt. Dieser Wasserdampf kann zum Antrieb von Dampfturbinen mit angeschlossenen Generatoren (Pos. 1.4.1) für die Erzeugung von elektrischem Strom verwendet werden. Eine Verwendung des Wasserdampfes aus Pos. 1.4.1 als thermische Energie zur Sterilisierung des Wassers in der Gewinnung (Komplex 6) oder der Aufbereitung der Kategorien Körperwasser (Komplex 7) und Brauchwasser (Komplex 8) oder für die Kommune (Pos. 9) oder zur Deckung von Wärmebedarf bei niedriger Temperatur im Habitat ist auch vorgesehen (siehe später). Ebenso kann eine Verwendung des Wasserdampfes als Betriebsmittel z. B. für Dampfstrahlsauger u. a. Verbraucher vorgesehen werden. Die Organisation der entsprechenden Rückführungen für das HTM- und Wasser-Kondensat in den Kreislauf ist hierbei vorzusehen. Der Wasserstoff ist auch als Kraftstoff zum Antrieb von Luftschiffen oder anderen Flugobjekten geeignet. Mittels solcher Transporteinrichtungen kann die Verbindung der Habitate zu entfernten bewohnten Zentren aufrechterhalten werden.
Der Strom aus der Photovoltaik- (Pos. 1.2) oder Windkraftanlage (Pos. 1.3) sowie der über die Dampfturbine mit Generator (Pos. 1.4.1) erzeugte elektrische Strom werden in die Umsetzer-Station und Schaltzentrale (Pos. 2.4) eingespeist. Hier erfolgt die Formierung auf die erforderlichen Strom-Parameter und die Verteilung auf die Verbraucher. Mit diesem Strom wird auf dem zweiten Weg die Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff über eine Wasser-Elektrolyse (Pos. 2.1) durchgeführt. Dabei werden die beiden Gase ebenfalls in die Gasometer eingeleitet und kontinuierlich weiterverarbeitet. Die Lagerung des Wasserstoffes erfolgt über eine Stufe zur Verflüssigung in Kugeltanks (Pos. 2.2). Er wird in Wasserstoff-Motoren (Pos. 2.3.1.1) mit angeschlossenen Generatoren (Pos. 2.3.2) und/oder Brennstoffzellen (Pos. 2.3.1.2) als Treibstoff bei der Erzeugung von elektrischem Strom verwendet. Der erzeugte Sauerstoff kann ggf. als Zugabe für die Verbrennungsluft beigesteuert werden. Das in diesen beiden Verfahren rückgebildete Wasser muss als Betriebsmittel in Vorlage-Behälter gesammelt und den vorangeschalteten Prozessen wieder zugeführt werden.
Parallel zur Erzeugung von Wasserstoff als Energieform zum Betreiben des Habitats wird am Tag auch die über Photovoltaik, Windenergie und Wasserdampf direkt erzeugte elektrische Energie angewendet. Hierzu wird in Pos. 2.4 die Aufbereitung und das Management für die Verteilung des elektrischen Stromes geführt. Die Versorgung weiterer Elektro-Verbraucher für den Haushalt, wie z. B. Kochplatten, Haushaltsmaschinen, Beleuchtung und auch den anlagentechnischen Ausrüstungen wie Pumpen und weitere Antriebe erhalten am Tag ebenfalls Strom direkt aus der Photovoltaik- oder Windkraft-Anlage.
Die Solar-Systeme und die Wasserstoff-Technik sollen als entwickelte Technik in dieser Erfindung zur Bereitstellung der Energie für das Betreiben im Habitat nur angewendet werden. Auf ihre Technik und Betriebsweise wird hier nicht eingegangen. Sie sind nicht als Vorrichtung, sondern nur in der Auswahl ihrer Koordinierung und Anwendung Bestandteil der Erfindung.
Für das Management der Energiebereitstellung sind durch moderne technische Ausrüstungen wichtige Bedingungen zu erfüllen wie:

– die Bereitstellung und Sicherung der gleichförmigen Spannung und Frequenz beim elektrischen Strom (bei Wechsel- oder Kraft-Strom),
– Bereitstellung einer Reserve über die Wasserstoff-Wirtschaft für Notfälle und für Notzeiten infolge gegebenenfalls schwankenden Solar- oder Wind-Angebotes,
– für die Photovoltaik sollte die Installation der Module auf den Dächern der Gewächshäuser, des Krankenhauses und der Wohnhäuser zur Sonnenrichtung hin (Mittagsstand, ggf. automatische Anstellung) vorgenommen werden, um zum einen Fundamente für die Befestigung einsparen sowie andererseits die Wärmeemission auf die sonst direkt angestrahlten Dächer in das Gebäude zu minimieren,
– hierzu sollten alle Gebäude direkt zur Mittags-Sonne ausgerichtet sein. Die Module sollten mit einem automatischen Antrieb zur Lenkung der Spiegel auf den jeweiligen Stand der Sonne ausgerüstet sein, um die Ergiebigkeit der Ausbeutung zu erhöhen.

Die Energieversorgung für Antriebe im Habitat erfolgt über die Form des elektrischen Stromes bei verschiedenen Spannungen. Bei höher erforderlichen Spannungen (ggf. bis 6 kV) und entsprechend höherer Energieaufnahme der Groß-Verbraucher (z. B. Luft-Verdichter für Komplex 3) und Wasserstoff-Verdichter (Komplex 2) sollten ggf. Wasserstoff-Motoren zum Antrieb von Generatoren in Vorzug gegenüber dem Einsatz von Brennstoffzellen angewendet werden, um das erforderliche elektrische Energie-Potential zu gewährleisten. Wenn in der Bilanz der Erzeugung von elektrischem Strom aus der Sonnenenergie eine Überkapazität entstehen sollte, dann kann diese unmittelbar in die Wasser-Elektrolyse eingespeist werden um sie da sinnvoll zur Erzeugung von Wasserstoff abzubauen. Überkapazitäten für elektrischen Strom aus der Wasserstoff-Basis sollten durch Drosseln der Gas-Motoren und/oder der Brennstoffzellen bewerkstelligt werden.
Beim Einsatz von Transformatoren und entsprechendem Transformatoren-Öl und ggf. anderen belastenden chemischen Stoffen muss sensibel gegenüber der Umwelt gehandelt werden. Notwendige Sicherheits- und Schutzmaßnahmen (z. B. Fangtassen unter ölgefüllte Ausrüstungen usw.) sind zu treffen! Leckagen sind zu entfernen und die Oberflächen entsprechend zu reinigen. Die hieraus resultierenden Ab-Produkte müssen in der Müllverbrennung vernichtet werden.
Komplex 2: Wasserstoff-System (Fig. 2)
Die Anwendung der Wasserstoff-Technik erfolgt in vorher beschriebener Weise mittels der bekannten Vorrichtungen und Verfahren der Erzeugung von Wasserstoff aus Wasser. Der Wasserstoff ist eine greifbare und „flexible” Energieform, die nach der Gewinnung des Wassers aus der Luft (Komplex 5) erfindungsgemäß autark mittels Solar-Energie erzeugt werden kann. Sie kann sehr gut in Reserve gelegt und immer greifbar angezapft werden. Jegliche Form der „fremden” Energieversorgung aus fossilen Vorkommen wäre nicht „stilecht” und soll aus Gründen des Respekts vor der Umwelt ausgeschlossen werden. Sie wäre auf Grund sehr großer Entfernungen zu zentralen Versorgungen auch sehr umständlich und kostenintensiv. Die Bereitstellung der Energie zur Erzeugung des Wasserstoffes erfolgt am Tage durch die Sonnenenergie in Form der Direktstrahlung und ihre Verwertung über Photovoltaik, Solaröfen, Windkraft und Thermie. Die Erzeugung kann, mit Ausnahme der Windkraft, auch nur am Tag bei Sonnenstrahlung erfolgen. Die Kapazität für die Wasserstoff-Erzeugung und -Speicherung muss daher so hoch veranschlagt sein, dass die Wasserstoffmenge zur Erzeugung des elektrischen Stromes auch für die Zeit der Dunkelheit, der Notversorgung und für eine Reserve-Legung für die erforderlichen technischen Antriebe und kommunalen Verbräuche im Habitat ausreicht. Der Wasserstoff dient zeitlos als Brennstoff zur Erzeugung von elektrischem Strom. Er kann auch als Redundanz in Knallgas-Maschinen zur Deckung bei der Stromerzeugung eingesetzt werden, wenn technische Störungen bei den übrigen Erzeugungssystemen auftreten, die Sauerstoffversorgung kommt dabei aus den Gasometern oder Sauerstoff-Flüssiglager (Pos. 4.2). Zusätzlich wird der Wasserstoff in der Müllverbrennung (Pos. 12) in Verbindung mit Sauerstoff eingesetzt zur Unterstützung der Hochtemperatur-Verbrennung von Abfällen aus der Kommune (Pos. 9), damit keine giftigen Abgase infolge zu geringer Verbrennungs-Temperaturen in die Umgebung ausgetragen werden (siehe Komplex 12). Der Wasserstoff wird, wie bereits erwähnt, über die Wege

– Spaltung des Wassers im Solarofen (Pos. 1.4.1) und/oder
– Elektrolyse des Wassers (Pos. 2.1) hergestellt.

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Der aus der Wasser-Spaltung im Solarofen (Pos. 1.1.1) oder Wasser-Elektrolyse (Pos. 2.1) entstehende Sauerstoff (in 2 nicht dargestellt) muss kontinuierlich aus den Gasometern entnommen und kann eventuell bei der Verbrennung des Wasserstoffs oder für andere Verwendungen im Habitat, wie in der Abwasser-Aufbereitung (Pos. 8) für aerobe Reaktionen oder in der Kommune (Pos. 9), vorteilhaft genutzt werden.
Komplex 3: Anlage zur Luft-Verflüssigung und Erzeugung von flüssigem Stickstoff und Sauerstoff
Als Herz der Gesamtanlage zur Schaffung von autarken Lebensräumen in heißen und wasserarmen Gebieten wird eine Luftzerlegungsanlage mit Rektifikationssäule zur Erzeugung von flüssigem Stickstoff und flüssigem Sauerstoff als „Kältegase” angewendet. Hiermit werden erfindungsgemäß natürliche Gase genutzt, die aus dem Ambiente des Habitats gewonnen werden und artgerecht, toxikologisch unbedenklich und kompatibel sind mit der Umwelt und am Schluss ihrer Anwendung wieder in die Umwelt abgegeben werden. Sie könnten nur ihrer Wirkungen bezüglich Inertisierung (Stickstoff) und Brand-Unterstützung (Sauerstoff) gefährlich werden, was aber gut durch die Führung der Gase im geschlossenen System und bei einer öffentlichen Verwendung unter Beachtung von allgemeinen Sicherheitsvorkehrungen gebändigt wird. Sie haben einen sehr niedrigen Siedepunkt für die Anwendung der Kälte.
Der Betrieb der Anlage zur Luftverflüssigung und -Trennung erfolgt nach dem neusten Stand der Technik mittels Kolbenpumpen oder anderer geeigneter Verdichter-Systeme, die mit elektrischer Energie angetrieben werden. Die Luft wird über Feinst-Filter geleitet und stufenweise in einem Verdichtungs- und Entspannungsprozess mit Zwischenkühlung verdichtet und verflüssigt. Eine Reinigung von in der Ansaug-Luft gelöstem Wasser, restlicher Staub und Kohlenwasserstoffen (wenn vorhanden) wird dabei über ein Molsieb durchgeführt. Die Menge Wasser in der Ansaug-Luft beträgt dabei ca. 2.200 kg/d zwischen den Ansaug-Bedingungen der Betriebsluft und dem Taupunkt bei –178°C. Diese Menge fällt im Molsieb an. Das Molsieb muss in zeitlichen Abständen gereinigt werden (Umschaltung auf Standby). Dabei soll das aus der Luft ausgeschiedene Wasser gewonnen und dem Habitat zusätzlich zugefügt werden. Die Reinigung wird durchgeführt, indem Umgebungsluft von einem Kompressor (Pos. 3.4) angesaugt und in einem Wärmeübertrager (Pos. 3.3) am Tag mittels HTM-Dampf von der Dampferzeugung (Pos. 1.4) auf ca. 400°C aufgeheizt wird (4). Das Wasser wird im Molsieb (Pos. 3.2) verdampft und mit der Luft in das Ansauggebläse (Pos. 5.1) für die Betriebsluft zur Wasser-Gewinnung (Komplex 5) eingetragen.
Die Rektifikation zur Trennung der flüssigen Luft in Stickstoff und Sauerstoff und anderen Gasen wie Helium und Argon erfolgt in der Trennsäule. Die Reinheit der Gase sollte dabei so gewonnen werden, dass der Sauerstoff als medizinisches Produkt beim Betrieb im Krankenhaus (Pos. 9.2, siehe später) nach den vorliegenden Bestimmungen angewendet werden kann. Für den Stickstoff sind, abgesehen von eventuell gezielten besonderen technischen Anwendungen, für das hier vorliegende Verfahren keine besonderen Reinheitsforderungen gestellt. Das Edelgas Helium ist z. B. zur Füllung von Luftschiffen einzusetzen, Argon kann z. B. als Schutzgas beim Elektroschweißen im Rahmen der Herstellung von Gütern (Produktionsstätte) oder Reparaturen an den Anlagen-Komplexen angewendet werden (WIG- und ggf. MIG-Schweißverfahren). Die Auslegung der Luftzerlegungs-Anlage muss entsprechend der erforderlichen Menge der Kältegase zur Bereitstellung des Kältebedarfes für die Wasser-Gewinnung und den Bedarf im Habitat sowie der erforderlichen Reinheit für den Stickstoff und Sauerstoff vorgenommen werden. Die flüssigen Gase werden nach der Trennung gesondert in Flüssigtanks unter Druck gelagert. Die Versorgung für die Anwendungen im Habitat erfolgt durch die Entnahme der Gase über ihrer Siedelinie in geschlossenen Systemen. Die Entnahme in flüssiger Form, in Flaschen gefüllt, erfolgt direkt aus den Tanks zur transportablen Anwendung.
Die Anwendung des Stickstoffes und Sauerstoffes (weiterhin „Kältegase” genannt) im Habitat erfolgt erfindungsgemäß in vielfältiger Weise und bei nahezu vollständiger Ausnutzung ihrer physikalischen, biochemischen und chemischen Potentiale, woraus eine sehr hohe Synergie nach ihrer Erzeugung aus dem Ambiente des Habitats resultiert (3). Weitere Möglichkeiten für eine effiziente Ausnutzung sind aus der sich erweiternden Erfahrung beim Betreiben des Habitats ständig zu recherchieren und auszunutzen.
Folgende Verwendungen sind hauptsächlich vorgesehen (s. 3):

1. Die Hauptanwendung liegt in der Kälte für die Anlage zur Wassergewinnung aus der Umgebungsluft (siehe Beschreibung „Wasser-Gewinnung”; Komplex 5).
2. Anschließend an die Kälteabgabe in der Wasser-Gewinnung (Komplex 5) erfolgt in der Nacht bei indirekter Wärmeübertragung die Speicherung der Kälte in den Wasser- und Nachtkälte-Speichern (Komplex 10). Am Tag wird sie zur Klimatisierung des Krankenhauses, der Wohn- und Bedarfs-Stätten der Kommune (Komplex 9) und des Gewächshauses (Pos. 9.5) verwendet.
3. Anwendung des flüssigen Stickstoffs bei ca. –196°C zur Kühlung bei der Verdichtung und Verflüssigung des Wasserstoffes zur Lagerung in Tanks (Pos. 2).
4. Kühlung, Gefrieren sowie Inertisierung (Stickstoff) von Lagerstätten für Obst, Gemüse und Fleisch im Kühlhaus (Pos. 9.4) zum Schutz vor frühzeitigem Verderb.
5. Verwendung des Sauerstoffes und Stickstoffes für medizinische und technische Anwendungen.
6. Verwendung des Stickstoffes mit tiefsten Temperaturen (flüssig in Flaschen) zur Sterilisierung von Oberflächen und Geräten im Krankenhaus, im Lebensmittelbereich (Pos. 9.2 und 9.4) und weiteren.
7. Kondensation von Wasser aus der Entlüftung der Gewächshäuser (Pos. 9.5) und damit Erzeugung eines Kondensates bei geringem Dampfdruck zur Wiederverwendung im Trinkwasser (Komplex 6).
8. Nach der Abgabe der Kälte-Kapazität bis nahe Umgebungstemperatur Anwendung als Gase zur Beschleunigung von aeroben und anaeroben biochemischen Behandlungen von Abwasser in der Kläranlage (Pos. 8.11), bei der Kompostierung, in der biologischen Aufbereitung und Aktivierung von Pflanzböden beim Pflanzenanbau (hierbei sind Sicherheitsvorkehrungen gegen Erstickung und Erhöhung der Brandgefahr zu erarbeiten und zu beachten!).
9. Sauerstoff zur Beschleunigung und Erzielung höherer Temperaturen bei der Verbrennung in der Müllverbrennungs-Anlage und damit Vermeidung von giftigen Abgasen.
10. Stickstoff zur Schaffung eines Druckpolsters als Netzdruck für die Trinkwasser- sowie Körperwasser- und Brauchwasser-Versorgung.
11. Stickstoff zum Antrieb von pneumatischen Arbeitszylindern beim Betrieb der Gefrier-Kondensatoren (Pos. 5.3 und 5.4).
12. Flüssigabfüllung von Stickstoff in Flaschen zur freien Verwendung.
13. Flüssigabfüllung von Sauerstoff in Flaschen für medizinische oder zur freien Verwendung sowie weitere Anwendungen.

Der Stickstoff kann am Ende seiner Verwendung im Habitat über eine Entspannungsturbine von z. B. 5,5 bar(a) gegen 1 bar(a) zur Erzeugung von Strom verwendet werden, für den Sauerstoff fehlt hierzu das nötige Druck-Potential. Nach komplett erfolgter Anwendung der Kältegase im Habitat muss vor ihrer Rückgabe in die Umgebung eine Rückvermischung vorgenommen werden, damit keine Möglichkeit der Brandbeschleunigung (Sauerstoff) oder einer Erstickungsgefahr (Stickstoff) bei konzentrierter Form entstehen kann. Die Abführungs-Öffnung in die Umgebung muss in ausreichender Entfernung vom Habitat gesichert angebracht werden, damit Gefahren für Brandverursachung oder Erstickungsgefahr abgewendet werden.
Die Anwendung der Kältegase im Habitat beginnt nach ihrer Erzeugung bei tiefen Temperaturen von ca. –178°C an ihrer Siedelinie im Übergang zum Gas. Die Kältegase werden in erster und hauptsächlicher Anwendung in der Wasser-Gewinnung (Komplex 5) zur Entwässerung der Umgebungsluft („Betriebsluft”) eingesetzt. Nach Austritt der Kältegase aus den Gefrier-Kondensatoren 5.3.2 und 5.4.2 werden sie mit ihrer End-Temperatur von ca. –53°C weitergeleitet zur Verwendung der Kälte in der Klimatisierung der Gebäude der Kommune (Komplex 9) und nehmen dort Wärmemengen bis zu einem Δt von ca. 5 K gegen die zu erzielenden Raumtemperaturen von ca. 30°C auf. Dabei können durch gezielte Mischung von kälteren und wärmeren Kältegasen (N₂ und O₂ getrennt) sensibel temperierte Arbeitsgase für speziell erforderliche Temperaturen erzeugt werden. Kohlendioxid, das bei der Luftzerlegung aus dem Verfahren ausgesiebt werden muss, könnte ebenfalls zur Inertisierung und als Kälte-Kapazität bei der Lagerung von Lebensmitteln und weiterer Stoffe angewendet werden.
Komplex 4: Tanklager für die flüssigen Kältegase
Die Lagerung der flüssigen Gase Stickstoff und Sauerstoff erfolgt in getrennten Tanks bei einem Druck für Stickstoff von ca. 5,5 bar(a) (Pos. 4.1) und für Sauerstoff von ca. 1,5 bar(a) (Pos. 4.2) und werden aus der Trennsäule abgeleitet. Die Immission von Wärme muss durch eine ausreichende Isolation der Tanks minimiert werden, damit die Verdampfungsverluste geringgehalten werden können (automatische Überdruckentlastung aus den Tanks über Sicherheitsventile). Die Anzahl und das Volumen der Tanks muss gemäß der erforderlichen Verbrauchskapazität in Verbindung mit einer zu kalkulierenden erforderlichen Reserve für die Kältegase ausgelegt werden.
Komplex 5: Anlage zur Wasser-Gewinnung aus Umgebungsluft (Fig. 4, Fig. 5, Fig. 6)
Das Prinzip der Gewinnung von Wasser im Habitat besteht in der Auslösung von Wasser aus Umgebungsluft (nachfolgend „Betriebsluft”) mittels der erzeugten Kältegase im Gegenstrom bei indirekter Wärmeübertragung. Auf Grund der sehr niedrigen Temperaturen der erzeugten Kältegase, beginnend von ca. –178°C, kann eine tiefgründige Ausbeutung erfolgen bei den sehr niedrig vorliegenden Luftfeuchten. Neben dem in der Betriebsluft gelösten Wasser wird ein Verdunstungskondensat aus den Gewächshäusern (Pos. 9.5) sowie das in den Molsieben angesammelte Wasser aus der verflüssigten Luft bei der Luftzerlegung in Komplex 4 eingetragen (4). Dabei kommt der große Vorteil zum Tragen, dass das Wasser aus der Luft bei seiner Vereisung an den Kühlflächen von hierfür eingesetzten Gefrier-Kondensatoren (Pos. 5.3 und 5.4) in der Form als Schnee, genau genommen als Advektionsreif aus einer Luftströmung in Richtung ihres Temperaturgradienten, andockt und nach Abschaben im Luftstrom weitergefördert werden kann. Erfindungsgemäß wird die Auslösung des Wassers aus der Betriebsluft bei sehr tiefen Temperaturen in Form eines stabilen Schnees angewendet, wobei die Abscheidung in Anwendung automatischer Klopffilter mit hoher Filterfeinheit oder weiterer geeigneter Lösungen als technisch sehr elegante, betriebstechnisch vorteilhafte und in der Ausbeutung effiziente Lösung vorliegt.
Für dieses Ausführungsbeispiel wurden als extremer Auslegungspunkt eine maximale Temperatur der Betriebsluft von 55°C und eine relative Feuchte von nur 5% angesetzt. Die absolute Feuchte der Betriebsluft beträgt hierbei 4,86 g H₂O pro kg Luft, sie soll daraufhin als konstant über den Tag und die Nacht bei sich ändernden Temperaturen vorausgesetzt werden. Der Betrieb der Wasser-Gewinnung verläuft kontinuierlich über Tag und Nacht. Mit diesen Ausgangsbedingungen wird die Betriebsluft von Gebläsen (Pos. 5.1) aus der Umgebung angesaugt und über Feinfilter (Pos. 5.2) zur Staubabscheidung oben in die Ringräume von Gefrier-Kondensatoren (Pos. 5.3 und 5.4, siehe auch 5 und 6) gedrückt (Pos. 5.3-14). Alle vorgesehenen Gefrier-Kondensatoren werden parallel frisch mit Betriebsluft aus der Umgebung beschickt. Zusätzlich wird im Tagesbetrieb die Abluft aus den Gewächshäusern (Pos. 9.5) mit eingetragen, die für deren Belüftung eingeleitet wurde und zu 100% mit Feuchtigkeit beladen ist.
Die Gefrier-Kondensatoren 5.3 sind, die Kältegase betreffend, in jeweils 2 hintereinander geschaltete Batterien 5.3.1 und 5.3.2 mit je 2 Stück und die Gefrier-Kondensatoren 5.4 in 2 Batterien 5.4.1 und 5.4.2 mit je 1 Stück aufgeteilt. Die Gefrier-Kondensatoren 5.3 werden mit Stickstoff, die Gefrier-Kondensatoren 5.4 mit Sauerstoff im Gegenstrom zur Betriebsluft betrieben (gemäß ihrer Temperatur-Wichtung, s. 5). Dabei werden die Batterien 1 und 2 (Pos. 5.3 und 5.4) jeweils mit Kältegas von ca. –178°C aus dem Tanklager für Flüssiggase (Pos. 4.1 und 4.2) beschickt. Das Kältegas verlässt die jeweils ersten Batterien mit ca. –94°C, wird so in die jeweils zweiten Batterien eingeleitet und hier bis auf ca. –53°C aufgewärmt.
Eine zusätzliche Maßnahme für ein zeitlich notwendig höheres Ergebnis bei der Wasser-Gewinnung (Notfall) kann die Erhöhung der Menge für die Betriebsluft sein. Die dafür erforderliche erhöhte Kältekapazität kann aus der Reserve im Flüssig-Kältegas-Lager 4.1 und 4.2 entnommen werden.
Die gesamte Kälteleistung der Kältegase von ca. –178°C bis zu einem Niveau von ca. –53°C bewirkt bei der Betriebsluft die Änderung der mittleren Tages-Temperatur von ca. +40°C bis auf ihre Austritts-Temperatur von –10°C. Dabei summieren sich der Kälte-Bedarf zur Abkühlung der Betriebsluft, die Kondensationswärme des aus der Betriebsluft ausgelösten Wassers sowie dessen Vereisung an den Oberflächen der Gefrier-Kondensatoren.
Die Gesamtmenge Betriebsluft beträgt ca. 22.200 kg/h, die Gesamtmenge für die Kältegase beträgt für Stickstoff ca. 11.900 kg/h und für Sauerstoff ca. 3.300 kg/h. Hier besteht die Notwendigkeit, die Menge der Betriebsluft aus dem Ambiente für die Tages- und Nachtzeit unterschiedlich einzustellen. Der Grund ist die gleichmäßige Aufteilung der bedarfsgerechten Kältemengen gemäß den vorhandenen Kälte-Kapazitäten. Am Tag werden 3 Beträge an Luft der Wasser-Gewinnung zugeführt:

– Abluft aus der Belüftung der Gewächshäuser (φ = 100%)
– Luft zur Regeneration des Molsiebes aus der Luftzerlegungs-Anlage
– Betriebsluft zur Entwässerung

Bezüglich des Verhältnisses für das Wasser aus der Entnahme aus dem Ambiente des Habitats und einer möglichen Absenkung des Wassergehaltes in der Luft kann man folgende Bilanz ziehen:
In der Bilanzhülle des Habitats bleibt die Wassermenge erhalten. Der einzige Verlust wäre eine aus dem Habitat entnommene Menge Wasserstoff z. B. als Treibstoff für Flug-Geräte, entfernt vom Habitat. Mögliche Ausgleiche in Form einer Luftmassen-Bewegung sind hierbei aber absolut gegeben.
Die Wärmeübertragung erfolgt indirekt, d. h. die Kältegase verlaufen in geschlossenen Wärmeübertragungs-Räumen durch die Gefrier-Kondensatoren (Pos. 5.3 und 5.4) und alle weiteren Systeme (Beschreibungen siehe nachfolgend). Der Niederschlag des Wassers als Schnee in den Gefrier-Kondensatoren (Pos. 5.3 und 5.4) erfolgt an der Oberfläche des Wärmeübergangs zur Betriebsluft. Der Schnee liegt infolge seiner niedrigen Temperatur in stofflich sehr stabilem Zustand und in hohem Trockengrad vor. Er fällt nach einem mechanischen Abschaben bei den anliegenden End-Temperaturen der Betriebsluft nach der Kühlung und der Eis-Kondensation (Pos. 5.3 und 5.4) als leichter flugfähiger Stoff (in geringem Mengenverhältnis zur abströmenden Luft) an, der verfahrenstechnisch sehr gut als „leichter Staub” zu beherrschen ist. Die „Wasser”-Abscheidung aus der Luft durch Anwendung in der Form von Schnee als trockenem Staub bietet eine bequemes und optimales Verfahren und Quote der Ausbeutung bei Anwendung der „Staub”-Filtration.
Das Abkratzen des Schnees in den Gefrier-Kondensatoren (Pos. 5.3 und 5.4) erfolgt bei einer Hin- und Her-Bewegung kontinuierlich ca. dreimal pro Minute, wobei die gesamte Oberfläche für die Wärmeübertragung von den Schabern erreicht werden muss (5 und 6). Dies wird mit einem Hebelarm (Pos. 5.3-16) am Gefrier-Kondensator ausgeführt, der den Abstreifer-Korb (Pos. 5.3-4) bewegt und dabei den Schnee (Pos. 5.3.24) in einem Abstand von den Wärmeübergangsflächen in einer Hin- und Her-Bewegung (Hub, Pos. 5.3-17) abschabt. Die Hubbewegung am Hebelarm Pos. 5.3-16 wird von Stickstoff (5,5 bar(a), ca. 27°C) über einen pneumatischen Arbeitszylinder ausgeführt, der Stickstoff wird dann jeweils aus dem Arbeitszylinder in die Umgebung ausgestoßen.
Der Schnee fällt nach unten bzw. wird vom Luftstrom bei einer Geschwindigkeit von ca. 0,5 m/s nach unten in Förderrohre (Pos. RL-5.1 bis RL-5.4, 4) geführt. Die Betriebsluft und der Schnee werden über die Förderrohre (RL-5.1 bis 5.4) in die Klopffilter (Pos. 5.6) gefördert. Hier erfolgt die Abscheidung des Schnees gemäß der Filterfeinheit der Klopftücher bei den vorliegenden Luft-Temperaturen von ca. –10°C.
Die abgeführte Betriebsluft aus den 2 Batterien 5.3 und 5.4 addiert sich in den Rohrleitungen RL-5.1 und RL-5.2 aus den einzelnen Gefrier-Kondensatoren Positionen 5.3.1.1 und 5.1.1.2 sowie 5.3.2.1 und 5.3.2.2. Zur Realisierung einer gleichförmigen Fördergeschwindigkeit für den mitgeführten Schnee müssen die Förderrohrleitung RL 5.1 und 5.2 stufenmäßig in den Batterien nach dem jeweils ersten Gefrier-Kondensatoren (Pos. 5.3.1.1 bzw. 5.3.2.1) erweitert werden, so dass eine nahezu gleichförmige Fördergeschwindigkeit für den Schnee erzielt wird. Die Förderrohrleitungen RL 5.1, 5.2, 5.3 und 5.4 werden zusammengeführt, ebenfalls jeweils erweitert, und in den Klopffilter (Pos. 5.6) geleitet. Die am Ende der Verwertung ihres Kälte-Potentials entwässerte Betriebsluft ist vorteilhaft weit entfernt von der Ansaugstelle zur Entwässerung auszutragen. Hiermit soll erreicht werden, dass die Luft beim Ansaugen nicht verarmt wird bezüglich des Wassergehaltes in der Luft zum Ansaugen.
Der Aufbau der Gefrier-Kondensatoren ist in 5 (Vorderansicht, im Schnitt) und 6 (Draufsicht, im Schnitt) dargestellt. Die Gefrier-Kondensatoren 5.3 und 5.4 sind prinzipiell gleich gestaltet, ihre Abmessungen unterscheiden sich nur in der Höhe der Wärmeübertragungs-Flächen (WÜ-Ringe, Pos. 5.3.20). Die Beschreibung soll an Hand der Position 5.3 mit einem Durchmesser von ca. 3,5 m und einer zylindrischen Höhe von ca. 7 m erfolgen, die Positionen 5.4 haben eine Höhe von 3,5 m. Der Aufbau wird erfindungsgemäß gestaltet aus:

– einem zylindrischen Mantel (Pos. 5.3-1),
– einem Auslaufkonus (Pos. 5.3-2),
– einem Register aus konzentrischen Ringen von Rohren (Pos. 5.3-3) mit am Umfang wirkenden Wärmeübergangsflächen als WÜ-Ringe (Pos. 5.3-20), die mittels mehrerer auf der Höhe verteilten Blechschablonen (Pos. 5.3-22) geführt sind (geheftet), welche computergesteuert durch Laser mit Öffnungen für die Rohre versehen werden und auf diese Weise geometrisch exakt die Durchmesser für die Rohr-Ringe gewährleisten,
– einem Abstreifer-Korb (Pos. 5.3-4), bestehend aus konzentrisch angeordneten Reifen, jeweils mit in hin- und her gehender Richtung wirkenden Schaberblättern (Pos. 3.5-5) befestigt, die an einem Speichen-Stern (Pos. 5.3-6) mit Nabe (Pos. 5.3-7) angeschweißt sind und über die gesamte Höhe der konzentrischen WÜ-Ringe (Pos. 5.3-20) wirken,
– einem Trägergestell (Pos. 3.5-8) für die Lagerung der konzentrischen WÜ-Ringe, das oben und unten an dem zylindrischen Mantel (Pos. 5.3-1) zentriert ist,
– den Zuführungen (Pos. 3.5-9) und Abführungen (Pos. 3.5-10) für die Kältegase zu und aus den WÜ-Ringen (Pos. 5.3-20) über Ringkammern (Pos. 5.3-23),
– einem Trägergestell (Pos. 3.5-11) für die Lagerung des Abstreifer-Korbes (Pos. 5.3-4) mit unterem Punktlager (Pos. 3.5-12) sowie einer gleitenden oder rollenden Auflage an der Peripherie zur Unterstützung am unteren Teil des Abstreifer-Korbes (Pos. 5.3-4), die in 5 nicht dargestellt ist,
– oben installiertem Gleitlager (Pos. 3.5-13),
– den Zuführungen (Pos. 3.5-14) für die Betriebsluft in die Räume zwischen den WÜ-Ringen (Pos. 5.3-3),
– einem Unterbau (Pos. 3.5-15) zur Auflage des Gefrier-Kondensators,
– einem Hebel (Pos. 3.5.16) zur Ausführung einer kontinuierlichen Hin- und Her-Bewegung (Pos. 5.3.17) des Abstreifer-Korbes (Pos. 5.3-4) für das Abstreifen des Schnees von den Oberflächen der WÜ-Ringe in einer Frequenz von ca. dreimal pro Minute,
– einer Abführungsleitung (Pos. 5.3-18) für die austretende Betriebsluft aus dem Gefrier-Kondensator zur Förderung in die Schnee-Abscheidung,
– einer elektrischen Begleitbeheizung (Pos. 5.3-19) zur Vermeidung zu starker Schnee-Bildung an bestimmten Flächen, die störend wirken könnten,
– einer ausreichenden Isolierung (Pos. 5.3-21) für den Gefrier-Kondensator.

Die WÜ-Ringe des Registers (Pos. 5.3-20) sind jeweils in einer Anordnung von Rohren 33,7 × 1 mm (Pos. 5.3-3) in verschiedenen Durchmessern ausgebildet und werden dabei über die Höhe von jeweils mehreren dünnen Blechschablonen (Pos. 5.3-22) mit entsprechenden Öffnungen für die Rohre und Überstand von ca. 3 mm gegenüber dem Rohrdurchmesser im Formschluss geführt (geheftet). Unten und oben sind Ringkammern (Pos. 5.3-23) angeordnet, in die jeweils die Zu- und Abführungen für die Kältegase (Pos. 5.3-9 und 5.3-10) einmünden. Die Ringkammern schließen sich am Ende der Rohre unter- und oberhalb der letzten Blechschablone an, die jeweils als dickere Rohrböden (Pos. 5.3-28) ausgebildet sind, an den Austritten der Rohre an. Die Abdichtung der Rohre in den Rohrböden kann durch dichte Schweißung erfolgen. Ebenso kann aber auch geprüft werden, ob ein Einwalzen der dünnen Rohre in die Rohrböden ausreichend ist, die Dichtheit der Kältegase gegen den Raum für die Betriebsluft zu gewährleisten. Es sei hier erwähnt, dass Kältegase durch mögliche Undichtheiten, die beim Einwalzen der Rohre in Pos. 5.3-28 entstehen könnten, in den Raum der Betriebsluft eintreten können. Dies müsste über Dichtheits-Prüfungen getestet werden. Das Einwalzen der Rohre würde gegenüber dem Einschweißen Einsparungen bei der Fertigung der Gefrier-Kondensatoren erbringen. Die Betriebsluft wird nicht in bewohnte Räume geleitet und es gehen von ihr keine Gefährdungen aus. Die Anwendung von Rohren in der Ring-Anordnung als Strömungsraum für die Kältegase und Bildung der Wärmeübergangsflächen ermöglicht, dass bei dem Systemdruck des Stickstoffes von ca. 5,5 bar(a) die Druckfestigkeit bei geringer Wanddicke gewährleistet ist. Dagegen wäre eine höhere Wandstärke erforderlich, wenn vergleichbar 2 zylindrische Zargen angewendet würden, die gemäß dem Druck verstärkt ausgelegt sein müssten. Außerdem würde hierbei der ohnehin sehr geringe Wärmedurchgang von der Betriebsluft zum Kältegas durch eine erhöhte Materialdicke der Wandung belastet. Weiterhin wird die WÜ-Fläche bei Anwendung von Rohren gegenüber der von 2 Zargen um den Faktor pi/2 = 1,57 erhöht, das heißt, dass die Wärmeübergangsfläche von der Rohr-Innenwand auf die Kältegase um 57% vergrößert ist. Die Wärmedurchgangszahl für die Wärmeübertragung von der Betriebsluft auf die Kältegase wird bei den Bedingungen für das Ausführungsbeispiel mit ca. 10 kJ/m²hK angesetzt. Auf der Seite der Betriebsluft wird sich der Schnee so an die Rohr-Oberfläche andocken, dass der Raum zwischen den Rohren sowie bis zum jeweiligen Schaber-Bereich (beidseitig) mit Schnee ausgefüllt sein wird (Pos. 5.3-27). Das bedeutet, dass sich annähernd eine mittlere Schneeschicht über die Außenfläche der Rohre ausbildet. Diese Schichtdicke beträgt einen Mittelwert aus dem Radius des Rohres von 33,7/2 mm plus einen Abstand (Pos. 5.3-27) der Abstreifer vom Rohr von ca. 5 mm. Die mittlere Dicke der Schneeschicht beträgt somit (33,7/2 + 5)/2 = 11 mm. Wenn man für die Betrachtung der Wärmedurchgangzahl (k-Zahl) diese Dicke gegenüber dem Fall der nicht vorliegenden Schneeschicht vergleicht, so ergibt sich eine Verringerung der k-Zahl von ca. 1,5%. Aus der Formel für den Wärmedurchgang Q = F·k·Δt würde sich also ein Ergebnis für die Verbesserung des Wärmedurchsatzes bei Verwendung des Rohr-Registers (Pos. 5.3-20) gegenüber der Anwendung von 2 Zargen wie folgt ergeben: 57% [Erhöhung von F]·0,985 [Verringerung von k] = 56,2%.
Die Hin- und Her-Bewegung des Abstreifer-Korbes (Pos. 5.3-4) muss so eingestellt sein, dass der innerste Stutzen (Pos. 5.3-9.1) für die unten und oben installierten Kältegas-Einläufe und -Ausläufe nicht bedrängt werden (Pos. 5.3-25 + 5.3-26). Das bedeutet, dass von der Pneumatik der Ausschlag (Pos. 5.3-26) des Speichen-Sterns Pos. 5.3-6 bis an den innen liegenden Stutzen Pos. 5.3-9.1 begrenzt wird. Dabei muss gewährleistet sein, dass die Schaber-Blätter (Pos. 3.5-5) in allen Ringkammern für die Betriebsluft ihre Schab-Wege überschneiden, damit das Abschaben des Schnees komplett erfolgen kann.
In den Klopffiltern (Pos. 5.6) wird die Betriebsluft durch Textilflächen gedrückt und der Schnee wird dabei abgeschieden. Es entstehen Beläge mit Schnee auf den Textilflächen, diese werden in zeitlichen Intervallen automatisch durch ausgelöste Schläge auf die Textiltücher abgeschlagen. Der Schnee fällt in einen darunter aufgestellten Behälter (Pos. 5.7.2). Die Betriebsluft wird am Tag zur Klimatisierung weitergeleitet in den Komplex 9 (indirekte Wärmeübertragung), in der Nacht wird die Kälte in den Wasser- und Kälte-Speicher (Komplex 10) eingeleitet. Vor Eintritt in den Behälter Pos. 5.7.2 wird der von oben einfallende Schnee in einem vorgeschalteten kleineren Auffangbehälter (Pos. 5.7.1), der als Kälte-Sperre dient, gebunkert. Dieser besteht aus einem zylindrischen mit anschließendem konischem Teil (Pos. 5.7.1-1), einem Eintrittsstutzen (Pos. 5.7.1-2) für den Schnee aus den Klopffiltern, einer Austrags-Schnecke (Pos. 5.7.1-3) und Antrieb (Pos. 5.7.1.-4) sowie einem geteilten Drucklager (Pos. 5.7.1-5) und geteilten Radiallager (Pos. 5.7.1-6). Der Schnee fällt in den Behälter und baut einen Puffer (Pos. 5.7.1-8) auf, der per Standregelung in Ausführung auf die Drehzahl für den Antrieb geregelt wird. Der Schnee wird in den Behälter (Pos. 5.7.2) eingetragen. Durch die Einrichtung des Schnee-Puffers (Pos. 5.7.1-8) wird erreicht, dass die Kälte-Kapazität des nachströmenden Schnees (Pos. 5.7.1-2 und 5.7.1-9) der Wärme (Pos. 5.7.1-10) aus dem Wasser an der Mediengrenze (Pos. 5.7.1-11) entgegenwirkt. Das Wasser (Pos. 5.7.1-7) im darunter befindlichen Behälter (Pos. 5.7.2) wird geschmolzen und langsam aufgewärmt, wobei eine Beheizung (Pos. 5.7.1-12) die Temperatur steuert. Auf diese Weise wird eine Aufheizung des Areals in den Klopffiltern über 0°C und somit mögliche Aufschmelzung des Schnees während der „Staub”-Filtration vermieden, die eine starke Störung des Betriebes darstellen würde! Vom Behälter 5.7.2 aus wird das gewonnene Wasser in den Trinkwasser-Komplex 6, Pos. 6.1, geleitet.
Wasser-Verlauf: (Fig. 7)
In der Zeit der Inbetriebsetzung (IBS) des Habitats ist es dringend erforderlich, kurzfristig ausreichende Mengen an technologischem Wasser als Betriebsmittel sowie als Trink-, Körper- und Brauchwässer zu gewinnen und für den Betrieb anzusammeln, um den Start des Betreibens zu ermöglichen. Hierzu kann vorerst nur eine geringe Anzahl von Bewohner das Habitat bewohnen, um den erforderlichen Trinkwasser-Bedarf klein zu halten. Erst bei ausreichend großer Menge an bereitstehendem technologischem Wasser ist der Nachzug bis auf die geplante Personenstärke möglich.
Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass die Nutzung des mühsam gewonnenen Wassers im Habitat und zu disziplinieren und gemäß der Planung zu rationieren ist. Vergeudungen sind unter Überwachung einer Verbrauchs-Ordnung zu vermeiden. Zur Minimierung von Verdunstungsverlusten wird das Wasser beim Verbrauch und bei der Regeneration jeweils gesichert in geschlossenen Kreisläufen (Rohrleitungen und Behälter) geführt. Es wird nahezu vollständig dem Verbrauch zurückgeführt, lediglich unvermeidbare Verluste wie die Verdunstung bei mit Wasser gereinigten Oberflächen, Spritzverluste u. a. müssen aus der Wasser-Bilanz nachgefüllt werden (Beschreibung siehe später).
Der wichtigste Punkt der Versorgung im Habitat betrifft das Trinkwasser (Komplex 6). Es dient der Versorgung mit Flüssigkeit für die Menschen (Trinken und Kochen) und ggf. für Tiere. Neben dem Trinkwasser kommen noch die Kategorien Körperwasser und Brauchwasser für die Versorgung der Menschen und für weitere Zwecke zum Einsatz. Als Körperwasser (Komplex 7) soll hier das Waschwasser zum Pflegen des Körpers eingestuft werden. Es sollten grundsätzlich keine, oder nur wenig biologisch leicht abbaubare, Waschmittel angewendet werden, weil das Verfahren ohne chemisch aufwändige Klärung angewendet wird und eine Summation von stofflichen Belastungen vermieden werden muss (Beschreibung siehe Pos. 7). Das Brauchwasser (Komplex 8) umfasst die Kategorie der Reinigungswässer für die Wäsche, Reinigung der Gebäude sowie anderer Oberflächen, Waschen von Gemüse sowie nach der Sammlung als Spülung für die Toilette. Auch hier sind grundsätzlich keine, oder nur biologisch leicht abbaubare, Waschmittel anzuwenden. Das ist erforderlich, weil belastende chemische Stoffe nach dem Recycling im Wasser verbleiben und so die Wiederverwendung ausschließen würde. Für die besondere Situation des Lebens in entfernt liegenden Gebieten wäre es darüber hinaus auch unzumutbar, wenn das chemisch kontaminierte Wasser aus dem Kreislauf verworfen werden müsste und neben den Verlusten auch die Umwelt belasten würde (Beschreibung siehe Komplex 8). Mit organischen Fetten belastete Oberflächen sind mit entsprechenden Lösungsmitteln zu reinigen und in verschlossenen Behältern zu lagern. Sie werden der Müllverbrennung (Pos. 12) zugeführt (nachfolgend beschrieben).
Zur getrennten Führung der Wässer müssen entsprechende Auffangbecken mit betreffenden Wasser-Zapfstellen eingerichtet werden. Die Kreisläufe werden jeweils im Betreiben mit Ausschlämmungen versehen, so dass eine Erneuerung der Wässer über die Zeit gewährleistet ist. Die Ausschlämmungen werden am Ende dann zur Bewässerung der Gewächshäuser (Pos. 9.5) oder der Plantage (Pos. 11) zugeführt. Generell werden in den Wasser-Komplexen 6, 7 und 8 Stickstoff-Gaspolster mit einer Temperatur > 0°C als Drucksysteme für Wasser-Transporte in den Aufbereitungs-Kreisläufen und auch im Verteil-System angewendet.
Die Kläranlage (Pos. 8.7, siehe Komplex 8) sollte weit entfernt von den Ansaugstellen für die Betriebsluft (Pos. 5.1) sowie der Luft zur Verflüssigung in Komplex 3 installiert sein. Hiermit kann eine Beeinträchtigung der Luft-Qualität und somit eine Belastung bei der Wasser-Gewinnung vermieden werden.
Das Abwasser aus dem Gebrauch für Reinigungstätigkeiten (Säuberung, Wäsche, Küche, Toilette u. a.) wird in der Abwasser-Aufbereitung (Komplex 8) über eine Kläranlage (Pos. 8.11) nach modernsten Verfahren gereinigt und am Ende einer Sterilisation bei 150°C unterzogen. Das dabei aufkommende Kondensat aus der Entspannungsverdampfung wird in den Komplexen 7 und 6, jeweils nach einer Sterilisierung auf ca. 150°C, einer weiteren kumulativen Entspannungs-Verdampfung und nachfolgender Kondensation ausgesetzt. In Verbindung mit einer Verdunstung in den Gewächshäusern (mit nachfolgender Kondensation in den Gefrier-Kondensatoren (Pos. 5.3 und 5.4)) wird die ehemals aus dem Abwasser stammende Menge Kondensat 1 somit zusätzlichen nachträglichen Verdampfungs-Reinigungen 2 und 3 sowie einer in der Trinkwasser-Bereitung weiteren Sterilisation unterzogen, aus der es dem Trinkwasser völlig gereinigt und unbedenklich wieder zurückgeführt werden kann.
Zur Abwehr von Infektionen wie Salmonellen oder weiteren Krankheitserregen in den Wasserleitungen ist routinemäßig eine Spülung mit Heißwasser erforderlich. Dazu müssen Reinigungs-Kreisläufe erstellt werden, die die Umleitung der Wässer aus den Vorläufen jeweils über die Zapfstellen zurück in die Aufbereitungen ermöglicht. Die Reinigungs-Anbindungen in den Wasser-Kreisläufen sind in den 8 bis 10 dargestellt.
Nachfolgend sollen die drei Wasser-Systeme beschrieben werden.
Komplex 6: Trinkwasser-System (Fig. 8)
Das in der Wasser-Gewinnung (Komplex 5) gewonnene und in dem Behälter 5.7 gesammelte Wasser wird mit der Menge Kondensat 3 aus den Gewächshäusern Pos. 9.5 (Beschreibung nachfolgend in Komplex 9) und dem rückgewonnenen Wasser aus der Regenerierung der Molsiebe in der Luftzerlegung (Komplex 3) ergänzt und über eine Pumpe (Pos. 6.1) einem Druckbehälter unter dem Systemdruck des Stickstoffes von ca. 5,5 bar (a) und anschließender Fein-Filtration (Pos. 6.2) zugeführt. Nach der Filtration (Pos. 6.2) erfolgt eine Überhitzung des Wassers bei ca. 150°C in einem Platten-Wärmeübertrager (Pos. 6.3) zur Sterilisation. Mit dieser Sterilisierung soll sowohl das in Komplex 5 aus der Betriebsluft gewonnene Wasser, das Wasser aus der Regenerierung der Molsiebe (4) als auch das zugeführte Verdunstungs-Kondensat aus den Gewächshäusern (Pos. 9.5) (zum 3. Mal) erfasst werden, um den in diesen Gegenden möglichen Gefahren schwerwiegender Krankheiten zu begegnen. In einer anschließenden Entspannungsverdampfung (Pos. 6.4) über ein Regelventil auf Umgebungsdruck mit Kondensation und Kühlung (Pos. 6.5) wird das Wasser auf die Anwendungstemperatur gekühlt. Eine Pumpe (Pos. 6.6) fördert das Wasser in einen Vorlagebehälter (Pos. 6.7). Dieser Vorlagebehälter steht ebenfalls unter der Stickstoff-Sphäre. Mit diesem Stickstoff-Polster wird erreicht, dass aerobe Abläufe, die eine biologische Schädigung hervorrufen könnten, abgehalten werden. Es dient gleichzeitig als Druckpolster zur Bereitstellung des Trinkwassers für die Zapfstellen.
Das Kondensat aus dem Gewächshaus (Pos. 9.5) zur Beifügung in das Trinkwasser hat folgenden Weg seiner Aufbereitung genommen (entsprechende Beschreibungen siehe dort):

– Im Brauchwasser-System (Komplex 8) wird nach einer ersten Überhitzung des Abwassers zur Sterilisation auf 150°C das daraus rückgewonnene Kondensat 1 in das Körperwasser-System (Komplex 7) überführt,
– dieses wird im Körperwasser-System (Komplex 7) einer weiteren Überhitzung auf 150°C unterzogen und als rückgewonnenes Kondensat 2 in die Gewächshäuser (Pos. 9.5) eingeleitet,
– die in den Gefrier-Kondensatoren (Pos. 5.3 und 5.4) ausgefällte Feuchtigkeit aus der Luft-Entwässerung der Gewächshäuser (Pos. 9.5) wird als Kondensat 3 in den Trinkwasser-Komplex eingeleitet und im Trinkwasser-System einer weiteren Sterilisation bei ca. 150°C unterzogen.

1.4.1

1.4

8.7

9.5

6.3

Das Trinkwasser wird mit einer Pumpe (Pos. 6.6) in einen Pufferbehälter (Pos. 6.7) eingetragen, der unter dem Stickstoff-Polster von ca. 5,5 bar(a) steht. Hier erfolgt der Abgriff für das Steril-Wasser, das auch als aqua destillata für medizinische Zwecke angewendet werden kann. Wenn nötig, kann es (im Krankenhaus) vor Gebrauch einer weiteren Destillation unterzogen werden (aqua-bidestillata). Nach der Verwendung des Steril-Wassers im Krankenhaus (und evtl. Kontamination mit Schadstoffen oder pharmazeutischen Rest-Produkten) muss das Wasser einer externen Vakuum-Verdampfung bei ca. 50°C und nachfolgender Kondensation unterzogen werden, um eine Trennung von der Kontamination zu erlangen (in 8 nicht dargestellt). Diese Temperatur muss den Dampfdrücken der jeweils vorliegenden Kontaminationen angepasst werden, so dass keine Übergänge von Kontaminationen in den Dampf erfolgen (Labor-Analyse). Das Kondensat kann in die Abwasser-Klärung Pos. 8.7 geführt werden, der Sumpf aus der Destillation muss in der Müllverbrennung verbrannt werden. Falls eine schadstofffreie Verbrennung nicht erreicht werden kann, muss eine Sonder-Deponie des Sumpfproduktes erfolgen (verschlossene Behälter und spätere Entsorgung per Transport).
Das Trinkwasser wird weiter in den Vorlagebehälter Pos. 6.8 geleitet, wo es mit Mineralien und weiteren Zusätzen aus der Trinkwasser-Verordnung vermischt und somit neutralisiert und aufbereitet wird. Diese Maßnahme ist erforderlich, weil es nach seiner Herstellung bisher als hochreines (chemisch und biologisch aggressives) Kondensat vorliegt. Dafür sind eine Dosierung und ein Rührwerk in Pos. 6.8 vorgesehen. Eine restliche Kühlung des Trinkwassers vor dem Gebrauch kann in Pos. 6.8 erfolgen (Abgriff vorhandener Kälte-Kapazität, in 8 nicht dargestellt). Zur Lagerung einer Reserve für das Trinkwasser bei Überproduktion gegenüber dem normalen Verbrauch können zusätzliche Behälter für eine kumulative Speicherung angelegt werden, die ebenfalls unter einer Stickstoff-Sphäre stehen. Hier können Vorrichtungen wie UV-Bestrahlung o. a. zusätzlich zur Bekämpfung von biologischen Keimen eingesetzt werden. Die Behälter sollten als Tanks von ca. 5 m³ Volumen ausgeführt und in chronologischer Reihenfolge ausgeschöpft werden, um den Verbrauch aus der Lagerung zeitlich korrekt abzuarbeiten. Die Lagertanks werden zusätzlich als Kälte-Speicher (Komplex 10) eingerichtet. Hier wird die Kälte des Stickstoffes und Sauerstoffes nach der Wasser-Gewinnung in der Nacht (Komplex 5), die nicht für die Klimatisierung benötigt wird, in sowie natürliche Nachtkälte eingelagert (s. Komplex 10).
Komplex 7: Körperwasser-System (Fig. 9)
Das Körperwasser wird nach dem Gebrauch in einem Sammelbehälter mit ausreichendem Volumen (Pos. 7.1) aufgefangen. Zusätzlich wird Überhitzungs-Kondensat 1 aus der Abwasser-Aufbereitung (Komplex 8, Pos. 8.15) nach der Sterilisation eingeleitet. Mit einer Pumpe (Pos. 7.2) wird das Körperwasser in einen Druckbehälter mit anschließender Fein-Filtration (Pos. 7.3) gepumpt, in dem im Kreislauf mitgerissene Feststoffe ausgeschieden werden. Der Feststoff wird in geringen Mengen anfallen und nach der Filtration diskontinuierlich in einen Auffangbehälter mit Heizschlange (Pos. 7.4) geführt. Es wird nach der kompletten Befüllung diskontinuierlich sterilisiert und der Feststoff danach kompostiert oder zur Müllverbrennung geleitet. Dies erfolgt manuell in größeren zeitlichen Abständen. Das Wasser wird in einen Platten-Wärmeübertrager (PWÜ, Pos. 7.5) geführt, die erforderliche Dampfbereitstellung erfolgt wie in Komplex 6. In Pos. 7.5 wird das Wasser ebenso wie in Komplex 6 auf 150°C (ca. 5,5 bar(a) N2-Druck) erhitzt und nachfolgend über ein Drosselventil in einen Entspannungs-Verdampfer (Pos. 7.6) entspannt, teilverdampft und im angeschlossenen Kondensator (Pos. 7.7) kondensiert und gekühlt. Das Überhitzungs-Kondensat 2 wird in die Gewächshäuser (Pos. 9.5) eingesprüht. Die Pumpe (Pos. 7.8) fördert das Körperwasser mit in einen Vorlagebehälter (Pos. 7.9) zur Entnahme für den Gebrauch. Hier wird es unter dem N₂-Druck gespeichert und für den Verbrauch bereitgestellt. Eine weitere Kühlung kann in Pos. 7.9 vorgenommen werden (in 11 nicht dargestellt).
Der Teil des Körperwassers, der in Pos. 7.6 nicht der verdampft wird und den PWÜ flüssig verlässt, kann alternativ in einer Vakuum-Eindampf-Anlage einer vollständigen Verdampfung (und Kühlung) unterzogen werden. Hierbei wird die Verdampfungs-Reinigung für das gesamte Körperwasser erreicht. Dazu ist allerdings ein erhöhter apparativer Aufwand nötig. Die Ausschlämmung aus dem Körperwasser-System wird in das Abwasser-System (Komplex 8) überführt. Von hier gelangt es dann als Menge für die Ausschlämmung in die außen liegende Plantage (Komplex 11). Entsprechende Ergänzungen aus der Wasser-Gewinnung (Komplex 5) sind hierfür vorgesehen.
Komplex 8: Brauchwasser-System (Fig. 10)
Das Brauchwasser wird nach dem Gebrauch in einem Sammelbehälter (Pos. 8.1) gesammelt. Zusätzlich wird die Ausschlämmung aus Komplex 7, Pos. 7.1 eingetragen. Vom Sammelbehälter wird das Wasser bedarfsgerecht mit einer Pumpe (Pos. 8.2) in einem Teilstrom über einen Filter (Pos. 8.3, N₂-Polster) in einen Vorlagebehälter für die Toiletten-Spülungen (Pos. 8.4) gepumpt, der mit hydraulischer Druckhöhe (ca. 5 m) beaufschlagt ist. Der Reststrom gelangt in den Auffangbehälter für Fäkalien (Pos. 8.5). Die Fäkalien aus den Toiletten in den Gebäuden werden durch mit erforderlichem Gefälle verlegte Kanalrohre in den Auffangbehälter für Fäkalien (Pos. 8.5) abgeleitet. Schlammpumpen (Pos. 8.6) fördern das Abwasser mit Feststoff in die Kläranlage (Pos. 8.7). Diese Kläranlage sollte nach den modernsten Verfahren die biologische Abwasser-Bearbeitung und Trennung der Feststoffe vom Wasser (Pos. 8.8) vornehmen. Dieser Anlagen-Komplex arbeitet bei geschlossenem Betrieb (mit Überdachung), um Verdunstungsverluste für Wasser an die Umgebung auszuschließen.
Zur Verbesserung der aeroben und anaeroben Klärung kann Luft, im ersten Becken mit Sauerstoff und danach im zweiten Becken mit Stickstoff aus dem Kältekreislauf (nach ihrer Verwendung zur Klimatisierung bei ca. 27°C) gemischt, eine Begasung der Klärbecken durchgeführt werden. Die biochemischen Abläufe werden dabei optimiert. Die Belüftung wird in die Umgebung abgeleitet, wobei die Abluft mit Geruchsfiltration versehen sein sollte, um die Geruchsbelästigung für die Umgebung zu minimieren. Die dabei entstehenden Wasserverluste liegen bei ca. 1,3% gegenüber der Wasser-Gewinnung (Komplex 5) und können als solche akzeptiert werden, weil eine Rückgewinnung apparativ zu aufwändig wäre. Nach der Klärung wird das Abwasser mit dem Feststoff einer Fest/Flüssig-Trennung (Pos. 8.8) zugeführt. Die Feststoffe werden in einer Presse (Pos. 8.10) von restlichem Wasser getrennt und in einem Sammelbehälter für Feststoff (Pos. 8.13) zwischengelagert. Hier erfolgt diskontinuierlich eine Sterilisierung bei ca. 150°C, um eventuelle Keime abzutöten. Dabei wird das restliche Wasser aus dem Feststoff verdampft, kondensiert und der Klärung (Pos. 8.7) wieder zurückgeführt. Der Feststoff wird danach manuell in die Kompostierung transportiert. Das abgetrennte Abwasser wird mit einer Pumpe (Pos. 8.9) über eine Feinst-Filtration (Pos. 8.11) in einen Platten-Wärmeübertrager (Pos. 8.12) zur Sterilisierung gefördert (150°C). Anschließend erfolgt eine Entspannungs-Verdampfung (Pos. 8.14) mit angeschlossenem Kondensator (Pos. 8.15). Diese Kondensatmenge wird, wie bereits erwähnt, in Pos. 7.1 im Komplex 7 eingeführt und durchläuft im Körperwasser-System erneut eine Aufbereitung über Entspannungsverdampfung und Kondensation. Zur Entfernung von ggf. anhaftenden Gerüchen kann vorher dieses Kondensat einem Stripping mit Umgebungsluft unterzogen werden (in 10 nicht dargestellt). Die Entscheidung für oder gegen eine Entwässerung der Stripping-Abluft müsste gemäß der Menge des gebundenen Wassers getroffen werden. Die Entwässerung sollte mit Stickstoff oder Sauerstoff bei –53°C erfolgen (separater Wärmeübertrager), das Wasser kann in die Abwasser-Klärung (Pos. 8.7) geleitet werden. Die in Pos. 8.1 eingetragene Teilmenge der Ausschlämmung aus dem Komplex 7 wird nach Durchlauf durch den Komplex 8 in die Außenplantage (Komplex 11) als Gießwasser abgeleitet.
Komplex 9: Kommunal-System
Das Kommunal-System ist eine Ansammlung von Gebäuden und Infrastruktur und sollte in ausreichend genügsamer Ausstattung und Aufwand errichtet sein. Es beinhaltet im Wesentlichen:

– Ein Krankenhaus (Pos. 9.1), 2 Etagen, Aufnahmekapazität 100 Patienten, Bettenfläche ca. 8 m² pro Patient (Bewegungsraum). Anwendung von flüssigem Stickstoff in tragbaren Flaschen mit Sprühpistole zur Desinfektion von medizinischen Geräten und Oberflächen im Krankenhaus und in übrigen Gebäuden (Arbeitsschutzkleidung, Kälteschutz, entsprechende Ausstattung der Gebäude mit dazu verträglichen Materialien für die Oberflächen, Verwendung des Sauerstoffes und Stickstoffes in tragbaren Flaschen für medizinische Anwendungen.
– 200 Wohnhäuser (Pos. 9.2), 1 Etage, Kapazität für je 10 Personen pro Wohnhaus, Ausstattung mit Elektro-Herden und weiteren Haushalts-Geräten zur Versorgung.
– Ein Verwaltungshaus (Pos. 9.3), 2 Etagen, mit Schule, Gemeinde-Vertretung und Treffpunkt für Kultur-Veranstaltungen usw., der Platz pro Person beträgt ca. 5 m².
– Ein Gefrier-Lager (Pos. 9.4) bis ca. –40°C für Nahrungsmittel und medizinischen Bedarf u. ä., mit indirekter Kühlung durch Stickstoff oder Sauerstoff entsprechender Temperatur (gezielter Kälte-Abgriff aus dem Kälte-System durch Temperatur-Mischungen), ggf. Beschleierung des Raumes mit Stickstoff zur Vermeidung von Oxidationen der Waren. Vor einer geplanten Begehung muss eine Belüftung (Stickstoff eingeleitet von unten und Abzug oben) erfolgen. Die Raum-Analyse muss kontrolliert werden, nach Begehung kann erneut eine Beschleierung stattfinden. Alternativ kann auch eine Begehung mit Atmungsgerät ohne Unterbrechung der Beschleierung erfolgen.
– 30 Gewächshäuser (Pos. 9.5) mit ca. 200 m² Anbaufläche pro Person zur Selbstversorgung, als Hydro-Kultur auf 2 Ebenen in die Höhe gestaltet, mit Bienenzucht zur Bestäubung der Pflanzen (abgetrennter Raum mit geringerer Luftfeuchte).
– Haltung von Nutztieren für die Ernährung in einem geschlossenen Haus (Pos. 9.6) wie z. B. Kühe, Geflügel, Schafe, Ziegen, Strauße, Insekten- und Maenzucht (ggf. Herstellung von Mehl aus tierischem Eiweiß). Eine Haltung von Sträußen darf nach deutschen Gesetzen nur im Freien erfolgen.
– Fischzuchtbecken in geschlossenem Raum (Pos. 9.7).
– Nahrungsmittel-Vorbereitung (Pos. 9.8) wie Bäckerei, Fleischerei, Fischaufbereitung u. a.,
– Produktionsstätten (Pos. 9.9).
– Feuerwehr-Haus mit Maschinen- und Gerätelager (Pos. 9.10), mit notwendigen Ausrüstungen wie Bagger, Autokran, LKW, (alle Fahrzeuge mit Elektro-Antrieb), Ladestation für Elektro-Antriebe.
– Ein Hallenbad (Pos. 9.11).
– Eine Sporthalle mit Sozialtrakt in geschlossenem Raum (Pos. 9.12).
– Getreidesilos für Weizen, Reis, Gerste, Roggen und andere Arten zur langzeitigen Vorlage für die Hauptversorgung mit Kohlehydraten von Menschen und Futter für Tiere, Silos mit Stickstoff (ca. 27°C) im Durchlauf begasen zur Haltbarmachung für das Getreide (Vermeidung von Feuchte-Schäden) sowie Vermeidung von Brandgefahr.
– Mögliche weitere Stätten oder Einrichtungen, die durch Recherche oder Erkenntnissen aus dem Betreiben des Habitats resultieren und es erfolgreich erweitern.

Alle Gebäude oder Stätten werden während der hohen Temperaturen am Tag mit Klimatisierung durch indirekte Wärmeübertragung mittels N₂- und O₂-Kälte betrieben. Zusätzlich wird Kälte aus dem Wasser- und Nachtkälte-Speicher (Komplex 10) mittels Umgebungsluft zum Luftwechsel eingeleitet. Wenn in bestimmten Gegenden für das Habitat normal sehr kalte Nächte herrschen sollten, kann neben dem Klima-System auch ein Heizungs-System oder eine Belüftung der Räume mit vorgewärmter Umgebungsluft aus der Nacht vorgesehen werden. Die Wärme kann aus Kapazitäten notwendigen Kühlungen von Motoren oder aus der Kondensation und dessen Kühlung in den Betriebskreisläufen gedeckt werden.
Der Betrieb im Krankenhaus (Pos. 9.2) erfordert auch eine Versorgung mit Steril-Raum und Steril-Luft. Diese Bedingungen können mittels Gas-Permeation (elektrische Antriebe) erzeugt werden.
Die Gewächshäuser (Pos. 9.5) sollen als Räume zur Erzeugung von Obst, Gemüse und Nutztierhaltung dienen. Außerdem können eine Fischzucht zur Ernährung, Samenzucht für die Aussaat usw. eingerichtet werden. Erforderliche Wasserwechsel bei der Fischzucht können in einer Form der dosierten Ausschlämmung organisiert werden. Dabei wird das ausgeführte Wasser dem Reservoir des Gießwassers für die Außenplantage (Komplex 11) zugeführt, Neuwasser muss aus dem Überschuss der Wasser-Gewinnung abgedeckt werden. Die Haltung von Kühen als Milchproduzenten ermöglicht die Versorgung von Kindern und Erwachsenen mit tierischem Eiweiß in Form von Milch, Käse, Quark, Joghurt u. a. Eine Geflügelhaltung kann die Versorgung mit Eiern für die Küchen und Bäckerei ermöglichen.
Eine Straußenzucht als Fleischproduktion ist rentabel, weil die Tiere sehr effizient in den beschriebenen Gegenden zu halten sind. Sie muss im Außenbereich erfolgen. Diese Tiere stammen aus trockenen Gegenden und können unkompliziert ernährt werden. Unterstände für die Schatten-Nutzung der Tiere sind dabei dringend erforderlich. Die Tierhaltung erfordert eine zusätzliche Bereitstellung von Kraft- und Grünfutter sowie Tränkwasser. Für die Tierhaltung sind folgende Bedingungen zu gewährleisten:

– Die Erzeugung der erforderlichen elektrischen und Kälte-Energie sowie Kapazität der Wasser-Gewinnung muss aufgestockt werden.
– Die Verarbeitung der Gülle zur teilweisen Rückführung als Tränkwasser für die Tiere (analog Komplex 8) ist zu organisieren, wie Aufbereitung der Gülle und Recycling des Wassers ggf. in einer Biogas-Anlage oder Kläranlage und Rückführung des Wassers nach Sterilisierung (analog Komplex 8) oder über eine Vakuum-Eindampfanlage zum Tränken der Nutztiere.
– Bei der Haltung der Kühe muss gewährleistet werden, dass die Sammlung der Gülle durchgeführt werden kann, für die Strauße ist wegen der freien Außen-Haltung eine solche Sammlung nicht möglich.
– Schaffung zusätzlicher Anbaufläche für Grünfutter, die zur Vermeidung eines Wasserverlustes unter Dach in der Art von Gewächshäusern organisiert werden müssten sowie ein geeignetes Boden-Unterbett erhalten müssen in Gestaltung als Abdichtung mit Planen gegen unten und die Aufbereitung der Grünfläche mit Humus aus der Kompostierung.
– Beistellung von Zusatz-Futter wie Getreide, Mineralien u. a. muss nach Tabellen für die Tierernährung organisiert werden (Transport aus Versorgungszentren und Trockenlagerung in Containern o. ä. in größeren zeitlichen Abständen, hierzu entsprechende Lagerhaltung).

Die Selbsterzeugung von Gemüse, Kräutern, Fleisch und Fisch wird im Habitat, wie oben schon erwähnt, nur zur Grundversorgung erfolgen können. Ein erforderlicher Zusatzbedarf, auch im Sinne einer höheren Vielfalt, müsste mit Versorgungstransporten (ggf. Gefriertransporter) angeliefert werden. Getreide (Weizen, Reis, Roggen, u. a.) zur erweiterten Versorgung der Bewohner und für die Nutztier-Haltung sind ebenso durch Fern-Beistellung zu organisieren. Hierfür würde ein Transport von ca. 90 Tonnen pro Monat notwendig. Dazu müssen zusätzlich Getreidesilos zur Aufnahme des Getreides installiert werden (Einleitung von Stickstoff).
Die Gewächshäuser sind nahezu luftdicht ausgeführt, um eine unkontrollierte Verdunstung zu unterbinden. Eine Belüftung für notwendigen Luftwechsel in der Sonnenzeit des Tages wird installiert, dabei kann die Zuluft ggf. gekühlt werden. Nachts wird die Belüftung abgestellt. Die Abluft wird von den Gebläsen für die Wasser-Gewinnung (Pos. 5.1) angesaugt und durch die Gefrier-Kondensatoren (Pos. 5.3 und 5.4) gedrückt. Hier wird das von der Abluft aus den Gewächshäusern mitgeführte Wasser (ϕ = 100%) ausgelöst und dem Trinkwasser (Komplex 6, 8) zugeführt. Vorher wird zur Auffüllung der Wasserbilanz das Kondensat 2 aus dem Körperwasser (Komplex 7, 9) nach der Entspannungsverdampfung (Pos. 7.7) in die Gewächshäuser eingesprüht. Es kommt dabei zur Sättigung der Innenluft unter Verdunstungskühlung.
Dieser Vorgang der Belüftung und Entlüftung in den Gewächshäusern dient der schon erwähnten Reinigungsstufe des vorherigen Kondensates 1 nach der Kläranlage (Pos. 8.15) nach dessen Sterilisierung und Entspannungsverdampfung, das nachfolgend über den Kreislauf des Körperwassers (Komplex 7) ebenfalls über eine Sterilisation und entsprechend 2. Entspannungsverdampfung und Kondensation nun einer Verdunstungs-Kondensation unterzogen wird. Diese Form der „Verdampfung” findet schonend bei einem geringen Dampfdruck für alle löslichen Komponenten statt, die sich beim Zustand des Einsprühens in die Belüftung, wenn überhaupt noch, im Wasser befunden haben sollten, was den Reinigungsgrad des Kondensats als Zusatz für das Trinkwasser erhöht. Die Ausschöpfung der während der Sonnendauer von außen eindringenden Wärme gegenüber dem eingestellten Temperaturniveau in den Gewächshäusern erfolgt durch die Kältegase, die indirekt über durch Wärmeübertrager geschickt werden sowie aus Restmengen an Kälte aus der Erzeugung im Habitat.
Komplex 10: Wasser- und Nachtkälte-Speicher (Fig. 11)
In der Bilanz des im Komplex 5 aus der Umgebungsluft gewonnenen Wassers ist eine tägliche Reserve kalkuliert. Diese Reserve muss für eine gute Wasser-Wirtschaft unbedingt aufgefangen und als Lager-Reserve gehalten und kann für Notfälle oder als zusätzliches Gießwasser verwendet werden. Dies erfolgt in den Behältern des Komplexes 10 (Pos. 10.1, 10.2, 10.3). Es bleibt in der Entscheidung des Investors, wie groß er diese Reserve-Kapazität anlegen möchte. Eine Mindest-Größe allerdings resultiert aus der Forderung für die komplette Speicherung der Nachtkälte-Menge, die keine direkte Anwendung finden kann. Diese Nachtkälte resultiert aus dem Umstand, dass die Kältemenge, die am Tag zur Klimatisierung erforderlich ist, in der Nacht ungenutzt in die Umgebung abgeleitet werden müsste. Außerdem steht in der Nacht die Kälte aus der Luft des Ambientes zur Verfügung. Deshalb sollen diese beiden Formen der Kälte in dem Wasser-Speicher eingetragen und am darauffolgenden Tag mit zur Klimatisierung verwendet werden. Dies erfolgt in den Behältern mit einem jeweiligen technologischen Volumen von ca. 5 m³ (Pos. 10.1 bis 10.3). Eine ausreichende Isolierung muss zur Minimierung der Kälte-Verluste vorgenommen werden.
Die Kälte-Speicherung erfolgt in drei Schritten:

– Einleitung des Stickstoffes und Sauerstoffes nach der Wasser-Gewinnung (t = –53°C, Komplex 5) parallel in 7 Behälter der Batterie 1 (Pos. 10.1.1 bis 10.1.7). Dabei wird nach beginnender Dunkelheit die gesamte Stickstoff- und Sauerstoff-Menge aus der Wasser-Gewinnung (Komplex 5) mit der Temperatur von –53°C in die 7 Behälter der Batterie 1 (Pos. 10.1.1 bis 10.1.7) aufgeteilt und verlässt diese mit –1°C. Das Wasser wird, technologisch beginnend von +1°C, vereist und dabei die Möglichkeit der latenten Wärme als größeren Wärmeinhalt ausgenutzt. Die beiden Gase können in die erfindungsgemäß angewendeten getrennten WÜ-Räume (12, Pos. 10.1-2 und 10.1-3) in der Nacht eingetragen werden und den Kälte-Eintrag gewährleisten.
– Nach Austritt aus den Behältern der Batterie 1 Einleitung des Stickstoffs und Sauerstoffs parallel in die 4 Behälter der Batterie 2 (Pos. 10.2.1 bis 10.2.4): Der Stickstoff und Sauerstoff geben in den 4 Behältern (Pos. 10.2.1 bis 10.2.4) ihre Kälte von –1°C auf +27°C ab, das Wasser wird von +29°C auf +23°C abgekühlt. Die gesamte Menge Wasser als Kälte-Speicher beträgt hierbei 52 t. Dieser Kreislauf erstreckt sich über die gesamte Zeit der fehlenden Sonne und beinhaltet in der Summe ca. 4,7 MWh Kälte gemessen zu dem Klima-Niveau von ca. +30°C (am Tag).
– Zusätzlich kann eine Nachtkälte-Speicherung aus der Betriebsluft nach der Wasser-Gewinnung (Komplex 5) und der Nachtkälte aus der Umgebungsluft in einer weiteren Batterie 3 mit 9 Behältern (Pos. 10.3.1 bis 10.3.9) und je 5 m³ Wasservolumen erfolgen. Hierfür wird die Betriebsluft mit einer Temperatur von ca. –10°C und die Umgebungsluft mit einer mittleren Temperatur von +5°C in die Wasserbehälter (Pos. 10.3.1 bis 10.3.9) eingeleitet. Die parallele dieser Gase Einleitung kann wegen der getrennten Rohr-Register (Pos. 10.1-2 und 10.1-3) erfolgen. Die gesamte Kältemenge hierfür beträgt für die Nachtzeit von ca. 14 Stunden (Zeit ohne ausreichenden Sonnenschein) ca. 5,1 MWh. Die erforderliche Wassermenge zur Speicherung der Kälte beläuft sich hierbei auf ca. 44,5 Tonnen.

Am Tag kann diese Kälte dann aus dem Kälte-Speicher der Batterien 1, 2 und 3 zurückgeholt und bei der Klimatisierung des Komplexes 9 (indirekte Wärmeübertragung) oder weiteren erforderlichen Kühlungen im Habitat zugeführt werden. Dazu wird in die Batterie 1 Stickstoff und Sauerstoff, nach seiner Kälteabgabe aus der Klimatisierung, mit +27°C über die Behälter (Pos. 10.1.1 bis 10.1.7) geführt. Er kühlt sich ab auf ca. +2°C und wird in die Klimatisierung des Komplexes 9 eingeleitet (indirekte Wärmeübertragung) und wieder bis auf +27°C aufgeheizt. Das Wasser wird dabei aufgeschmolzen und hat noch eine Temperatur von +1°C. Nach Abgabe seiner Kälte in der Klimatisierung in Komplex 9 wird der aufgeheizte Stickstoff und Sauerstoff mit ca. +27°C wiederum durch die Behälter der Batterie 1 (Pos. 10.1.1 bis 10.1.7) geleitet, kühlt sich ab und wird in die Klimatisierung geleitet, bis die gespeicherte Kälte aus der Nacht ausgeschöpft ist. Die Speicher-Kälte aus der Batterie 2 (Pos. 10.2.1 bis 10.2.4) wird mit Umgebungsluft abgerufen. Die 4 Behälter werden parallel mit Umgebungsluft von über die Sonnenzeit gemittelt ca. +40°C durchströmt, welche sich auf +25°C abkühlt und dem Komplex 9 als Luftwechsel und gleichzeitig zur Kühlung für die Gebäude im Komplex 9 zugeleitet. Dieser Kreislauf erstreckt sich über die gesamte Sonnenscheindauer. Die Kapazität des Wasser- und Kälte-Lagers kann durchaus erhöht werden. Damit verbunden wäre eine höhere Anzahl Behälter in den Batterien 1 bis 3. Der Nutzen wäre eine erweiterte Bereitstellungs-Reserve für Wasser und eine Erhöhung der Kapazität zur Klimatisierung der Gebäude.
Mit dieser erfinderischen Anwendung wird erreicht, dass eine Synergie von Wasser-Speicherung mit der Kälte-Speicherung bei gleichzeitiger Einleitung von verschiedenen Gasen gewonnen wird. Außerdem kann durch die quasikontinuierliche Kühlung des Trinkwassers seine Haltbarkeit erhöht werden. Das Wasser kann zusätzlich unter dem Polster von Stickstoff und weiteren Maßnahmen von einer aeroben Beeinträchtigung abgehalten werden.
Die Speicherbehälter der Batterie 1 (Pos. 10.1.1 bis 10.1.7), Batterie 2 (Pos. 10.2.1 bis 10.2.4) und Batterie 3 (Pos. 10.3.1 bis 10.3.9), liegen für die beschriebene erfindungsgemäße Anwendung als Speicher und Wärmeübertrager bei Einsatz von mehreren Gasen zur Bewirtschaftung der Kälte-Kapazität aus dem Habitat in besonderer Konstruktion vor und werden nachfolgend beschrieben (12). Der Unterschied zwischen den Behältern der Batterie 1 (Pos. 10.1.1 bis 10.1.7) zu denen der Batterien 2 und 3 (Pos. 10.2.1 bis 10.2.4 und Pos. 10.3.1 bis 10.3.9) besteht darin, dass die Kälte-Speicher (Pos. 10.1.1 bis 10.1.7) die Kälte latent gemäß den Temperaturen, die bei den Kälteträgern anliegen, in Form von Eis gegenüber den übrigen Kälte-Speichern in Form von Wasser speichern. Dazu werden sie mit einem konisch nach oben verlaufenden Mantel (Pos. 10.1-1) versehen. Diese Gestaltung dient dazu, dass bei der Vereisung die Ausdehnung (Volumenvergrößerung) im Behälter pro Höhe und somit ein Druckanstieg besser ausgeglichen werden kann. Ansonsten ist der Aufbau der beiden Ausführungen Wasser- und Kälte-Speicher gleich. Wie in 12 dargestellt, bestehen die Speicher aus einem Mantel (Pos. 10.1-1) und erfindungsgemäß einem 2-fachen, getrennten Rohr-Register (Pos. 10.1-2 und 10.1-3). Infolge der Trennung der Rohr-Register (Pos. 10.1-2 und 10.1-3) können sowohl der Kälte-Eintrag sowie -Austrag, durch mehrere Gase parallel, als auch der Kälte-Ein- und -Austrag gleichzeitig mittels verschiedener Gase durchgeführt werden. Die beiden Rohr-Register sind zum besseren Kontakt der Temperatur-Bereiche bzgl. Eintrag und Austrag nebeneinander angelegt, um die Wärmeübertragung in das Wasser zu optimieren. Sie sind mit entsprechenden oben und untenliegenden Rohrböden (Pos. 10.1-6 und 10.1-7) bestückt. Die Kreisläufe für den Kälte-Eintrag und Kälte-Austrag erfolgen über die Stutzen Pos. 10.1-8 und 10.1-9 sowie Pos. 10.1-10 und 10.1-11. Die Gase durchlaufen jeweils einen Korridor (Pos. 10.1-12 und 10.1-13) als Zwischenraum im Einlauf und Auslauf. Die Gase gelangen durch Kanäle (Pos. 10.1-14 und 10.1-15), gebildet aus Wänden (Pos. 10.1-16 und 10.1-17), in die Rohr-Register. Die Höhe der Wände (Pos. 10.1-16 und 10.1-17) beträgt ca. 30 mm. In der Fertigung können die Wandbleche auf dem Rohrboden dicht geschweißt werden. Danach werden die Abdeckungen nach außen (Pos. 10.1-10), durch Ausbrennen (Laser) der erforderlichen Freiräume für die Wände (Pos. 10.1-16 und 10.1-17) vorgefertigt, mit den Wandblechen (Pos. 10.1-16 und 10.1-17) dicht verschweißt. Das Wasser wird über die Stutzen Pos. 10.1-18 und 10.1-19 ein- und ausgefüllt. In den Speicher-Behältern (Pos. 10.1 bis 10.3) ist zur freien Ausdehnung für das Wasser ein ausreichender Raum (Pos. 10.1-20) über dem Wasser-Niveau einzuplanen. Dieser Raum kann mit dem Stickstoff-Polster von 5,5 bar(a) beaufschlagt werden und somit als Antrieb zur Wasser-Förderung für die Entnahme genutzt werden.
Komplex 11: Außen-Plantage
Der zu erwartende Überschuss bei der Wasser-Gewinnung gegenüber dem disziplinierten Verbrauch muss in positiver Weise verwertet werden. Es soll sukzessiv das Anlegen einer Außen-Plantage (Komplex 11) von Fruchtgehölzen, Beerenobst oder anderen Nahrungsträgern erfolgen. Diese Pflanzungen sollten sich aber durch einen geringen Wasser-Bedarf und verträglich mit den Bedingungen in den betreffenden Gegenden auszeichnen. Außerdem sind dabei immer wieder Maßnahmen zu kreieren und durchzuführen, die den Wasserverlust minimieren (Gießen und Verdunstung). So wird z. B. der Granatapfel in der Sahara mit Erfolg angebaut. Diese Plantage kann als zukünftiger Schattenspender für zusätzliche anzubauende flachwachsende Kulturen, Beginn einer Bewaldung und als wachsender Park für die Menschen dienen. Die geernteten Früchte werden direkt der Ernährung zugeführt, konserviert oder leicht gekühlt gelagert und können verkauft werden. Im Zusammenhang mit den Gewächshäusern bietet die Außen-Plantage ein gutes Metier, das durch gemeinsame Tätigkeit ein erfülltes menschliches Zusammenleben im Habitat, ergänzt mit täglicher Arbeit in den Produktionsstätten (Pos. 9.9) gesellschaftlichen Aktivitäten ermöglicht. Bei der Pflanzung sind vorteilhaft einige Gesichtspunkte zu beachten:

– Die Pflanzlöcher sollten so vorgesehen werden, dass sie technologisch eine effektive Bewirtschaftung mit dem Kompost aus der Kommune (Komplex 9) und eine gezielte Düngung ermöglichen,
– die Wasserversorgung sollte in einem gegen den Untergrund abgedichteten Bereich verlaufen, so dass keine Sickerverluste entstehen,
– die laufende Versorgung mit Wasser sollte per Schlauch direkt an die Wurzelballen erfolgen,
– das Gießen kann per Pumpen mit Mengen- und Zeitsteuerung erfolgen,
– die Pflanzgruben sollten mit Material ergänzt sein, das Wasser in hohem Maße binden und beibehalten kann,
– die Pflanzgruben müssen nach oben hin abgedeckt sein, so dass Verdunstungsverluste minimiert werden.

Komplex 12: Müllverbrennung
Die Müllverbrennung muss all die Stoffe aufnehmen und schadstofffrei verbrennen, die nicht einer Kompostierung zugeführt werden können. Dies betrifft Verpackungen, Hygieneartikel, brennbare Abfälle, Putzlappen mit Mineralöl-Resten aus den technischen Anlagen usw. Stoffe, die elementar Schadstoffen enthalten oder bei deren Verbrennung schädliche Gase entstehen können, sollten im Habitat nicht angewendet werden. Falls unbeachtet solche Stoffe zum Einsatz gekommen sein sollten, müssen sie als Sondermüll in geschlossenen Behältern gelagert werden. Eine Entsorgung dieses Sondermülls muss auf zentrale Deponien in fernen Wohn-Zentren in geplanten Abständen organisiert werden. Die Müllverbrennung erfolgt im diskontinuierlichen Betrieb nach genügend gesammeltem Anfall von Müll. Sie wird mit einer Wasserstoff-Betriebsflamme begleitet und in Verbindung mit Sauerstoff nach der Klimatisierung oder aus dem Gasometer in der Wasserstoff-Erzeugung unterstützt, um hohe Verbrennungs-Temperaturen erzielen zu können. Dies ist zur Vermeidung der Entstehung von schädlichen Verbrennungsgasen, wie z. B. Dioxin, erforderlich. Die Verwendung der Wärme aus den Verbrennungsgasen im Habitat sollte sinnvoll über eine entsprechende Dampferzeuger-Anlage organisiert sein. Die Asche aus der Müllverbrennung kann, in schadstofffreier Qualität, dem Kompost beigemischt werden.
Komplex 13: Kompostierung
Der Hauptanteil des Kompostes kommt aus der Kläranlage (Pos. 8.7) und der nachfolgenden Presse (Pos. 8.10). Weitere Zusätze können aus der Asche der Müllverbrennung, als Essens-Abfälle oder Gemüseresten bei der Speisenbereitung u. a. anfallen. Die Packung des Kompostes sollte locker sein und mit Belüftungskanälen (ggf. Einsteck-Kämme aus Rohren mit Austrittsbohrungen) verbunden werden. Durch diese Kanäle wird in geringem Maße Luft geblasen, die mit Sauerstoff angereichert sein sollte. Diese Begasung beschleunigt die Verrottung. Hierbei muss eine Austrocknung vermieden werden, damit die Verrottung nicht unterbrochen wird. Notwendigerweise kann auch mit Abwasser etwas nachbefeuchtet werden. Die Kompostierung sollte in Einhausung und nicht im Freien stattfinden, damit eine Trocknung von der Sonne vermieden wird, eine hohe Luftfeuchte wäre anzustreben.
Anfallende Knochen aus der Ernährung sollten in der Sonne (abwärts der Besiedelung) abgetrocknet werden. Danach können sie tiefgefroren und in einer Mühle gemahlen werden und als natürlicher Kalk/Stickstoff-Dünger für den Kompost dienen. Bei Anfall von Hufen oder Wollresten können diese als Langzeit-Dünger (Stickstoff) verarbeitet werden.
Merkmale zum Bau, zur Montage und zur Konstruktion der Gebäude
Fundamente
Wie eingangs beschrieben, steht für die Herstellung der Fundamente eventuell kein Wasser zum Herstellen von Beton zur Verfügung. Deshalb muss auf die Gestaltung der Fundamente in trockener Bauweise zurückgegriffen werden. Die erfindungsgemäße Gestaltung der Fundamente ist in 13 vorgestellt:

– Ausschachtung oder Aus-Bohren von Baugruben im Gelände (Pos. 15-1) bis zum Erreichen von tragendem Grund (Pos. 15-23).
– Einsetzen von Spundwänden (Pos. 15-2) in Form eines Zylinders (Zarge) aus Cr-Ni-Stahl mit einem oberen Durchmesser von ca. 2 bis 20 mm größer als die Auflageplatte (Pos. 15-4) oder in Form eines an den oben befindlichen zylindrischen Teil angeschweißten Konus mit einem Winkel (Pos. 15-30) von ca. 0,5° bis 10° gegen die Senkrechte. Die Gestaltung des gering höheren Durchmessers gegenüber dem Durchmesser der Auflageplatte (Pos. 15-4) dient der Gewährleistung einer weitgehenden Überdeckung des Materials (Pos. 15-3) durch die Auflageplatte und soll ihre leichte Einpassung in die Spundwand ermöglichen. Damit wird vermieden, dass eine destabilisierende Ausweichung des Materials (Pos. 15-24) nach oben aus der Spundwand (Pos. 15-2) durch den Druck (Pos. 15-22) und damit eine Verringerung des Gegendrucks im Material und somit ein Absinken der Platte (Pos. 15-4) erfolgen kann. Die Form des nach innen gerichteten Konus soll bewirken, dass durch die Last der Ausrüstung das Fundament nach unten verdichtet wird (Kontinuität). Der Gegenfall des nach unten sich erweiternden Querschnittes in der Spundwand (Pos. 15-2) würde einen Auftrieb der Spundwand und somit ein Aufweichen des Fundamentes nach sich ziehen, dies besonders bei dynamischen Belastungen wie wechselnde Windkräfte auf die Ausrüstung. Die Spundwände (Pos. 15-2) werden in den tragenden Grund eingerammt, damit eine Zentrierung und ortsfeste Lage erzielt werden. Zum Einsetzen der Spundwände werden ggf. elektrisch oder pneumatisch arbeitende Schlagwerke (Hämmer, Vibratoren) zum Einrammen angewendet, die elektrisch angetrieben werden; die Versorgung erfolgt mit Solarstrom über Batterien, wobei während der Bauphase transportable Solar-Anlagen mit ausreichender Kapazität zusammengeschaltet werden müssen.
– Einfüllen von zerkleinertem, verdichtungsfähigem Material (Pos. 15-3) in die Spundwände (Pos. 15-2).
– Verdichtung des Materials auf die erforderliche Druck-Festigkeit des Fundamentes; die Antriebe für die Rüttelmaschinen werden elektrisch (wie oben beschrieben) versorgt.
– Aufsetzen von Auflageplatte Platte (Pos. 15-4) mit angeschweißtem Kraftverteiler Pos. (15-6) und Zentrierungen (Pos. 15-7) auf das verdichtete Material (Pos. 15-3).
– Auf der unteren Seite der Platten (Pos. 15-4) sind Formkörper (Pos. 15-5) angeschweißt, die ein örtliches Verrutschen der Platte auf dem Material erschweren bzw. vermeiden sollen.
– Aufsetzen von Justier-Böcken, bestehend aus Gewindestange (Pos. 15-8), Platte (Pos. 15-9), Verschraubungen (Pos. 15-10) und Trägerplatte (Pos. 15-11).
– Die Ausrüstung (z. B. Trennsäule der Luftzerlegungsanlage (Pos. 15-12)) wird per Tragring (Pos. 15-13) über ein Trag-Gestell (Pos. 15-14) mit Fußplatte (Pos. 15-15) auf die Grundplatte (Pos. 15-11) aufgesetzt, gebohrt und verschraubt (Pos. 15-16).
– Zur Stabilisierung des Trag-Gestells (Pos. 15-14) werden Verstrebungen (Pos. 15-17) gekreuzt und waagerecht angeschweißt.
– Seitliche verstellbare Führungen (Pos. 15-18 und 15-19) dienen zur Zentrierung und Sicherung des Behälters (Pos. 15-12) gegen das Taumeln.
– Mittels einer Hydraulik (Pos. 15-20) kann jeder Justier-Bock (Pos. 15-8 bis 15-11) auf die notwendige Höhe eingerichtet werden, so dass die Ausrichtung exakt senkrecht (geprüft über optische oder Laser-Verfahren) ausgerichtet werden kann.

15-6

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15-11

Für das Beispiel der Trennsäule für die Luftzerlegungsanlage mit den angenommenen Abmessungen für Durchmesser = 2.500 mm und Höhe = 20.000 mm kann folgendes Ergebnis bezüglich der Auslegung des Fundamentes als Annäherung herangezogen werden:

– Betriebs-Masse der Trennsäule	ca. 16.000 kg
– Windlast 33 m/s, mit a/2 auf den Querschnitt der Trennsäule aus Höhe·Durchmesser projiziert, mit dem Hebelarm (Pos. 15-29) von	12 m
vom Schwerpunkt (Pos. 15-25) auf 2 Fundamente abgeleitet,	= 94 kNm
– Anzahl der Fundamente	= 4 Stück
– Durchmesser des Fundament-Kreises (Pos. 15-26)	= 5 m
– Abstand (Pos. 15-28) der Kipplinie (Pos. 15-27) vom Schwerpunkt (Pos. 15-25)	= 3,9 m
– Durchmesser (Pos. 15-21) der Platte (Pos. 15-4)	= 1.200 mm
– Durchmesser der Zarge (Pos. 15-2)	ca. 1.210 mm
– Druck auf das Fundament	= 87 kN/m²
– Anzahl der Gewindespindeln (Pos. 15-8) pro Fundament	= 4 Stück
– Durchmesser der Gewindespindel	= 100 mm
– Druck auf die Gewindespindel	ca. 3,2 N/mm²
– Druck (Pos. 15-22) im Material (Pos. 15-3) in der Zarge (Pos. 15-2)	= 0,87 bar

Die Windlast muss durch eine ausreichende Winkel-Auslegung des Trag-Gestells Pos. 15-14 abgesichert werden. Das bedeutet, der Abstand der Platten Pos. 15-15 voneinander muss so groß gewählt sein, dass der Schwerpunkt des Systems von den Windkräften nicht über die Kipplinie Pos. 15-27 gedrückt werden kann. Eine zusätzliche Sicherung über fest am Kopf der Ausrüstung verankerte Fangseile kann die Standfestigkeit erhöhen. Die exakte Berechnung des Fundamentes und die Auslegung der entsprechenden Vorrichtung muss ausgehend von einem worst-case-Scenario durchgeführt werden.
Die Auslegungen für die übrigen notwendigen Fundamente sind in ähnlicher Größe und Anpassung der Geometrie vorzunehmen. Damit müsste unter Beachtung entsprechender genauer Berechnungen eine gesicherte Aufstellung der Ausrüstungen gewährleistet sein.
Montage
Rohrleitungen sind vorteilhaft mit flexiblen Kompensatoren an die Ausrüstungen zu kuppeln, damit ein Ausgleich eventueller Relativ-Bewegungen abgefangen und somit die Entstehung von Undichtigkeiten vermieden werden können. Alle Rohrleitungen und Behälter mit einer Temperatur zwischen –200 und +15°C sowie +60 und +400°C müssen mit einer berechneten Isolation versehen werden. Zu beachten hierbei ist weiterhin, dass der Einfluss einer starken Sonneneinstrahlung (Wärmemission) auf nicht isolierte metallische Oberflächen eine hohe Oberflächentemperatur erzeugen kann. Dafür muss ein Berührungsschutz erstellt werden. Falls diese thermische Belastung das Verfahren beeinflussen sollte, ist auch in diesen Fällen eine Isolation vorzunehmen.
Gebäude
Die Gebäude in Komplex 9 sollten als Baugruppen gemäß ihrer erforderlich zu erfüllenden Funktionen konstruiert und aufgebaut werden:

– tragende Teile als Konstruktion aus Aluminium- oder ähnlichen Leichtbau-Profilen,
– Verkleidungen in Form der Wände, Fußböden und Dächer aus wärmedämmenden und schwer entflammbaren oder unbrennbaren Materialien (mit Zwischenräumen aus Luft),
– Verbindung der Verkleidungen an die Trag-Konstruktion per Verschraubung,
– mehrfach verglaste Fenster und Türen,
– die Oberflächen geeignet gestalten zur Befähigung einer Steril-Behandlung mit flüssigem Stickstoff,
– weitere begünstigende Maßnahmen.

Alle Gebäude mit Strahlungs-Belastung durch die direkte Sonne und daraus folgender Wärmeemission auf die Dach- oder Wandflächen sollten mit Bedeckungen in geringem Abstand zur Oberfläche beschattet werden. Damit kann eine Überhitzung dieser Flächen durch eine Wärmeemission infolge Strahlung und somit verstärkter Wärme-Eintrag in die Gebäude vermieden werden. Als Abdeckung bietet sich auch an, Module der Photovoltaik (zum Abschatten) auf den Flächen anzubringen.
Wirtschaftliche Darstellung

Eine überschlägige Bewertung der Kosten im Sinne einer Amortisation soll aufgeführt werden:

– Geschätzter Ansatz für die Kosten für das Habitat (ohne Montage und Nebenkosten bei der Installation)
– gemäß der Auflistung des Verbundes der Anlagen-Komplexe und aufgeführten Ausrüstungen
– Energie-Erzeugung nur durch Photovoltaik (Pos. 1.2)	ca. 100 Mio. €
– Anzahl Bewohner im Habitat =	2.000 Personen
– Aufwand pro Person, absolut =	50.000 €
– Betrachtungszeitraum =	20 Jahre
– Aufwand pro Person =	2.500 €/Jahr

Diese Kosten müssten als Vergleich gegenübergestellt werden z. B.

– den Kosten für die Aufnahme, Betreuung, die Bereitstellung von Wohnraum (ggf. Neubau, Restaurierung) und weiteren bei der Migration von Flüchtlingen aus Krisengebieten
– oder bei anderen Investitions-Vorhaben mit der Verfolgung von wirtschaftlichen Zielstellungen.

Bei dieser Betrachtung muss beachtet werden, dass die Kosten für den Aufbau des Habitats mit dem Aufbau eines beständigen Lebensraumes verbunden sind (Unterkunft, Versorgung) und hierbei dauerhafte Werte für die Zukunft erschaffen werden. Sie eröffnen eine neue Quelle für Leben in bisher unbewohnten Gebieten.
Schlussbemerkungen
Es zeigt sich, dass ausgehend von bekannten Vorrichtungen mit modernster Technik und Verfahren durch erfinderische Koordination ihrer Anwendung und der erfinderischen Verwendung der hierbei erzeugten Stoffe, die ausschließlich aus den im Ambiente vorhandenen Ressourcen erzeugt werden, neue Habitate für Menschen in ursprünglich lebensabweisenden Gegenden auf der Erde möglich werden. Ein solcher Beitrag ist für die heutige Zeit sehr wichtig und eröffnet die Erschließung von Lebensraum in bisher unerschlossenen Gebieten der Erde.
Die Anwendung der Cryo-Technik als Technologie zur Verdichtung und ggf. Verflüssigung von im vorliegenden Ambiente vorhandenen Gasen aus der Umsetzung der Sonnenenergie durch z. B. die Photovoltaik (Pos. 1.2) und/oder ggf. Windkraft (Pos. 1.3) in elektrischen Strom könnte auch auf Sphären in exterrestrischen Räumen erfolgen. Dies würde in der Weltraumforschung für Habitate beim Einsatz als wissenschaftliche Objekte oder auch ggf. bemannte Flüge für die wissenschaftliche Erforschung des Alls und der Planeten Bedeutung erhalten. So könnte durch die Solartechnik bei Sonnenschein die Erzeugung von elektrischem Strom und gleichzeitig dessen Verwendung zur Verdichtung und Verflüssigung von z. B. CO₂, Methan oder weiteren vorhandenen Gasen aus dem Ambiente sowie dessen Lagerung in Druckbehältern betrieben werden. In der Nacht kann mit diesem Energie-Potential ausgehend vom Druck und in Form einer Volumen-Expansion von der flüssigen in die gasförmige Phase die Erzeugung von elektrischem Strom erfolgen und nach Verwendung bedenkenlos in das Ambiente zurückgeleitet werden. Die Kälte-Energie von verflüssigten Gasen kann bei Sonnenschein auch parallel zur wichtigen Kühlung für Stoffe oder Materialien u. a. infolge hoher Wärmebelastung infolge direkter Sonnenbestrahlung oder hoher Umgebungstemperatur unter zusätzlicher Ausnutzung der Verdampfungswärme verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2013/083127 A2 [0009]
EP 1782009 B1 [0010]

Claims

Vorrichtung als Verbund von mehreren Anlagen-Komplexen und Ausrüstungen, dadurch gekennzeichnet, dass diese Anlagen-Komplexe und Ausrüstungen in gezielten verfahrenstechnischen Kombinationen und Wirkungs-Verbindung miteinander angewendet werden, um in trockenen, heißen und vornehmlich fernab gelegenen Gebieten die Umsetzung der Sonnenenergie in die Formen elektrischer Strom und Dampf und aus der umgebenden Ressource Luft die Erzeugung der Stoffe – Stickstoff und Sauerstoff als Kältegase und deren Anwendungen zur Ausnutzung ihrer Kälte-Energie sowie physikalischen, biologischen und chemischen Potentiale im Habitat durchführen zu können, – Wasser aus seiner in der Betriebsluft gelösten Form sowie aus der Regenerierung der Molsiebe in der Luftzerlegung (Komplex 4) und aus der Verdunstung in den Gewächshäusern (Pos. 9.5), in Verbindung mit neu kreierten Ausrüstungen, gewinnen zu können und als Trinkwasser angewendet werden zu können und nach seinem Gebrauch in Anwendung als Körperwasser und Brauchwasser in getrennten Kreisläufen aufbereitet und der Anwendung wieder zugeführt zu werden, wobei ein Teil aus dem Brauchwasser in das Trinkwasser wieder zurückgeführt wird, und aus dem Wasser – Wasserstoff als Treibstoff zur Erzeugung von elektrischem Strom und für weitere Anwendungen zu erzeugen und für den Einsatz in Zeiten ohne Sonnenschein zu speichern, sowie die Speicherung des Wassers in Behältern (Pos. 5.3 und 5.4) und damit verbunden in Synergie die Speicherung der technologischen und natürlichen Kälte aus der Nacht in dem Wasser zur Verwendung am Tag effizient zu ermöglichen, wodurch mit diesen erzeugten Stoffen und der Nutzung der Sonnenenergie Grundlagen für den Aufbau und das Betreiben eines Lebensraumes in fernab liegenden trockenen, heißen, unbewohnten oder nicht dauerhaft bewohnten Gebieten für eine große Zahl bis zu mehreren Hundert Menschen sowie Nutztieren geschaffen werden kann und dieser Lebensraum, gedeckt aus den im Ambiente vorliegenden Ressourcen, autark mindestens für eine Grundversorgung der Bewohner und Nutztiere wirken kann, zusammengesetzt aus mindestens – Komplex 1 zur Umformung der Sonnenenergie durch Solar-Thermie (Pos. 1.1) und/oder (Pos. 1.4) und/oder durch Photovoltaik (Pos. 1.2) und/oder durch Windkraft (Pos. 1.3) in thermische und elektrische Energie sowie die Bereitung des elektrischen Stromes gemäß seinen erforderlichen Parametern für die Verbraucher in dem Verbund der Anlagen-Komplexe und in – Komplex 2 eingesetzt werden kann zur Erzeugung, Verflüssigung und Lagerung von Wasserstoff, der als dauerhaft nutzbare Energieform genutzt und mit dem in den Zeiten ohne Sonnenschein dauerhaft, ergänzt durch Windkraft, elektrische Energie erzeugt werden kann, einem – Komplex 3 zur Verflüssigung von Luft aus dem Ambiente mittels Verdichtern und ihre Trennung im Wesentlichen in die Gase Stickstoff und Sauerstoff mittels einer Trennsäule, einem – Komplex 4, in dem die flüssigen Gase in Tanks gelagert und von hier über ihrem Siedezustand nach Bedarf in vielseitiger und synergetischer Verwendung als Gas für das Betreiben des Habitats oder als Flüssigkeit, abgefüllt z. B. in Flaschen, entnommen werden, dem – Komplex 5, in dem die Gase entsprechend ihrer Kälte-Kapazität, beginnend an ihrer Siedegrenze, eingesetzt werden zur Gewinnung von in der Umgebungsluft gelöstem Wasser, dem Regenerat aus den Molsieben (Pos. 3.2) sowie dem Verdunstungskondensat aus den Gewächshäusern (Pos. 9.5) und dessen Zwischen-Lagerung und Weitergabe in – Komplex 6 als Anlage zur Aufbereitung und Vorlage für die Trinkwasser-Versorgung sowie – Komplex 7 als Anlage zur Sammlung, Aufbereitung und Neu-Vorlage von Körperwasser für die Versorgung und – Komplex 8 als Anlage zur Sammlung, Aufbereitung und Neu-Vorlage von Brauchwasser für die Versorgung, wobei eine Abzweigung für eine Teilmenge eingerichtet ist, die über Komplex 7 und die Gewächshäuser Pos. 9.5 weiter aufbereitet und in das Trinkwasser eingeleitet wird, desweiteren – Komplex 9 als Kommune mit Einrichtungen für Wohnen, Krankenhaus, Schule, Versorgung und Gefrier-Lagerung, Anbau von Nahrungsmitteln, Nutztierhaltung, Kultur, Sport und weiteren Bereichen, dem – Komplex 10 als Speicher für Trinkwasser und technologische sowie natürliche Kälte, die in der Zeit ohne Sonnenschein anfällt, wenn der Bedarf an Klima-Kälte nicht besteht, – Komplex 11 in Ausführung einer Außenplantage als Bestand von Obst-Gehölzen oder anderen Arten zur zusätzlichen Versorgung, als Schattenspender für die Menschen und Nutztiere und zum Anbau von Unterkulturen, wobei die Wasserversorgung aus gebildeten Überkapazitäten erfolgt und im Boden Maßnahmen zur Minimierung von Wasserverlusten in den Untergrund getroffen sind, dem – Komplex 12 als Anlage zur Verbrennung von nicht zu verrottenden Abfällen mit Hochtemperatur-Technologie bei Einrichtung von Zuführungen für Wasserstoff und Sauerstoff, – Komplex 13, einer Kompostier-Anlage zur Erzeugung von Humus aus verrottbaren Abfällen, der im Habitat Verwendung findet zur Aufbesserung der Böden für die landwirtschaftliche Nutzung bei Einrichtung von Zuführungen für Sauerstoff, – Gefrier-Kondensatoren (Pos. 5.3 und 5.4) sowie – den Staubfiltern (Pos. 5.6) mit Schnee-Abtauchung (Pos. 5.7.1) zur Gewinnung des Wassers aus der Luft, – Wasser- und Nachtkälte-Speicherbehälter (Pos. 10.1 bis 10.3) zur gemeinsamen Speicherung des Reserve-Wassers und der technologischen und natürlichen Kälte aus der Nacht, – weiteren Komplexen oder Ausrüstungen, die sich aus den Erfahrungen beim Betreiben der Komplexe und Ausrüstungen im Habitat ergeben oder sich als optimal auf der Grundlage der aus dem Ambiente umgesetzten Energie und der mit ihr gewonnenen Stoffe aus deren Anwendung erweisen und die Effizienz und Lebensqualität erhöhen können, – Fundamenten für die Ausrüstungen, die als zylindrische Spundwände (Pos. 15-2) ausgebildet werden, welche vorteilhaft mit einem an den oberen zylindrischen Teil unten angeschweißten Konus, dessen Winkel Pos. 10-30 einen Wert von 0,5° bis 60° annimmt, wobei die Spundwände mit Füllstoff aus vorhandenen und zerkleinerten festen, trockenen und verdichtungsfähigen Materialien gefüllt und auf die für die Aufnahme der Kräfte erforderlichen Werte gegen den tragenden Grund (Pos. 15-23) und die Wandung verfestigt werden, auf das verfestigte Material Last-Füße aufgelegt werden, die aus Druckplatten (Pos. 15-4), welche mit einem Durchmesser in dem Bereich von 1 bis 500 mm kleiner als der Durchmesser des zylindrischen Teils der Spundwände ausgebildet und vorteilhaft mit Formkörpern (Pos. 15-5) bestückt sind, und mit einem aufliegenden angeschweißten Kraftverteiler (Pos. 15-6) versehen ist, auf die Last-Füße Justier-Böcke (Pos. 15-8 bis 15-11) zur Höhenverstellung aufgesetzt und befestigt werden und somit jederzeit eine Ausgleichung gegen mögliche Abweichungen von der Senkrechten durch äußere Einwirkungen auch während des Betreibens des Habitats vorgenommen werden kann und – Silos oder Behältern, die zur Aufnahme von Getreide und anderen Materialien oder Stoffen als langzeitige Lagerbestände installiert und mit Anschlüssen für den erzeugten Stickstoff versehen sind und somit die Möglichkeit zur Kühlung, zum Schutz vor Brandgefahren bieten sowie als Möglichkeit für Spülungen oder als Inertisierungs- und/oder Druckpolster zur Förderung dieser Materialien eingerichtet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Strom, die Stoffe Stickstoff, Sauerstoff und die damit entstehende Kälte-Energie sowie das Wasser und der aus dem Wasser gewonnene Wasserstoff, die in dem Habitat angewendet werden, mittels der Vorrichtung nach Anspruch 1 kontinuierlich aus der Luft des Ambiente gewonnen werden, am Tag mittels der Sonnenenergie, in der Nacht mittels der Umsetzung der Energie aus dem erzeugten Wasserstoff zur Erzeugung von elektrischem Strom oder zur Verbrennung, und zur Weiterverwendung gelangen, wobei eine umfassende und restlos mögliche Verwertung der Potentiale der erzeugten Stoffe bezüglich Druck, Kälte-Kapazität, Energie-Inhalt, physikalischer, biologischer und chemischer Eigenschaften und ihrer gemäß der installierten Erzeuger-Kapazitäten produzierten Menge unter Gestaltung und Ausnutzung von Synergien, wie z. B. bei – der Klimatisierung der Räume und Hallen im Komplex 9 sowie Kondensation der Raumfeuchtigkeit, – der erforderlichen Abkühlung des Wasserstoffes bei seiner Verflüssigung in Komplex 2 mit der minimalen Temperatur des flüssigen Stickstoffes, – der Speicherung der in den Kälte-Gasen liegenden Kälte-Kapazität nach der Wasser-Gewinnung (Komplex 5) während des Nacht-Betriebes sowie der natürlichen Nachtkälte durch indirekte Wärmeübertragung in den Behältern (Pos. 10.1, 10.2 und 10.3) des Wasser- und Nachtkälte-Speichers, Komplex 10, bei gleichzeitiger Inertisierung des Wasserraumes durch ein Stickstoff-Polster, und die Wiederverwendung der Kälte am Tag bei der Klimatisierung im Komplex 9 zusätzlich, – dem Einfrieren und der Kühlung von Lebensmitteln, Obst u. a. sowie Inertisierung und Brandschutz der Lagerstätten und Silos mit Stickstoff zur Verringerung des Verderbens und der Alterung der gelagerten Güter, – der Verwendung des Stickstoffes mit ca. –196°C bei 1 bar(a) bei der Sterilisierung von Geräten und Oberflächen im Krankenhaus und im Lebensmittel-Bereich, – der Durchführung von aeroben und anaeroben Verfahren bei der Wasser-Aufbereitung und Pflanzboden-Aktivierung, – der Unterstützung durch Wasserstoff und Beschleunigung der Verbrennung in der Müllverbrennung im Komplex 12 durch Sauerstoff zur Erzielung hoher Temperaturen und damit optimaler Verbrennung und somit Vermeidung möglicherweise unkontrolliert entstehender giftiger Abgase, – der Erzeugung von Druckpolstern in Wasser-Behältern mittels Stickstoff einer Temperatur > 0°C zur Schaffung eines Förder-Druckes ohne Einsatz von Pumpen, – der Einleitung von Stickstoff in die Silos zur Strömung durch die darin gelagerten Materialien und somit zur Trocknung und Inertisierung sowie zur Verringerung von Brandgefahr, – der Einleitung des Stickstoffes bei > 0°C in ein Pneumatik-System zum Antrieb für Pneumatik-Anwendungen im Habitat, – der Verwendung der Flüssiggase Stickstoff, Sauerstoff und Wasserstoff, in Flaschen abgefüllt, zur transportablen Versorgung für die medizinische oder technische Anwendung (Sterilisierung von Geräten und Oberflächen), optimal angewendet und gesteuert werden und somit das Betreiben des Habitats autark in höchster Ausnutzung aus den vorhandenen Ressourcen erfolgen kann, nach ihrer im Habitat geendeten Anwendung die Gase Stickstoff und Sauerstoff in Mischung wieder als Luft in das Ambiente zurückgeführt werden, die Gewinnung des Wassers aus der Luft über die Kondensation und sofortige Überführung des Wassers in die Form des Schnees bei indirekter Wärmeübertragung gegen Stickstoff und Sauerstoff aus dem Komplex 4, beginnend an ihrer Siedelinie, an den Wärmübertagungsflächen von Gefrier-Kondensatoren (Pos. 5.3 und 5.4) durch nachfolgend mechanischen Abtrag des Schnees erfolgt, dieser in den Gefrier-Kondensatoren nach unten in eine Förderleitung geführt wird, in der die abströmende Betriebsluft den Schnee in Staub-Abscheider (Pos. 5.6) fördert, die durch Wahl einer geeigneten Filterfeinheit eine höchst intensive Abscheidung des Wassers in Form von Schnees aus der Betriebsluft erzielen, weiterhin die Betriebsluft zur Verwertung ihres Kälte-Inhaltes geleitet wird und der Schnee über eine Schnee-Abtauchung (Pos. 5.7.1) zur Sperrung der von unten aus dem Behälter (Pos. 5.7.2) aufsteigenden Wärme geleitet wird, das gesamte in der Vorrichtung gemäß Anspruch 1 gewonnene Wasser, das infolge Überproduktion oder eines zeitweise geringeren Verbrauchs anfällt, in einem Wasser- und Nachtkälte-Speicher Komplex 10 in Behältern (Pos. 10.1, 10.2 und 10.3) gesammelt und gelagert wird und hier die nachts frei anliegende Kältemenge, die am Tag für die Klimatisierung angewendet würde, erweitert mit der Nacht-Kälte aus dem Ambiente, in die Behälter (Pos. 10.1, 10.2 und 10.3) eingetragen und gespeichert und dabei teilweise die Vereisung des Wassers als latente Speicherform ausgenutzt wird, am nachfolgenden Tag dann zusätzlich mittels verschiedener Gase als Wärmeträger diese Kälte der Klimatisierung wieder zugeführt wird, das Wasser dabei einem Stickstoffpolster untersetzt wird, das somit durch Inertisierung eventuell mögliche negative, aerob verursachte, biologische Veränderungen im Wasser verzögert und auch als Druck zur Förderung des Wassers dient, ein Teil aus dem gebrauchten Abwasser so recycled wird, dass es über mehrere Sterilisations- und Verdampfungs-Stufen mit jeweils anschließender Kondensationen und somit mehrfach hintereinander folgender umfassender Reinigung über den Weg der Verdampfung dem Trinkwasser wieder zugeführt werden kann, der Teil des Verfahrens in Form der Verdichtung und/oder Verflüssigung sowie Lagerung eines im Ambiente des exterrestrischen Raumes vorhandenen Gases mittels der Sonnenenergie über Photovoltaik (Pos. 1.4) oder Windräder (Pos. 1.3) zur Nutzung als Antriebsenergie aus dem Druck und/oder aus der Volumenerhöhung durch Verdampfung für die Erzeugung von elektrischem Strom während der Nachtzeit und/oder einer Kältekapazität für die Anwendung zur Kühlung bei hoher Wärmeemission durch Sonneneinstrahlung und/oder hohe Umgebungstemperaturen auf den Oberflächen von Habitaten als wissenschaftliche Flugkörper für Forschungsgeräte oder als Unterkünfte für Menschen exterrestrisch angewendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erzeugung von elektrischem Strom für die Zeit ohne Sonnenschein mittels der Verbrennung von Wasserstoff, der im Habitat erzeugt wird, über ein System aus der Kombination von Gasmotoren mit gekoppelten Generatoren, verbunden mit einem Rohrleitungssystem zur Beimengung von Sauerstoff aus dem Flüssig-Lager in Komplex 4 oder aus Gasometern in der Wasserstoff-Erzeugung Komplex 2, und/oder unter Anwendung von Brennstoffzellen erfolgt und dass durch geeignete Vorrichtungen in einem Kreislauf die Rückführung des bei diesen Umsetzungen entstehenden Wassers in das System zur wiederholten Erzeugung von Wasserstoff organisiert ist und eine Kondensation des nach der Verbrennung vorliegenden Dampfes mittels Kompression oder Kondensation vorgenommen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausfällen des Wassers aus der Betriebsluft Gefrier-Kondensatoren (Pos. 5.3 und 5.4) angewendet werden, die aus einem zylindrischen Mantel (Pos. 5.3-1) mit geflanschtem Deckel, konischem Auslauf (Pos. 5.3-2) und einer Rohrleitung (Pos. 5.3-18) zur Abführung der entwässerten Luft zusammen mit dem ausgefällten Schnee, weiterhin statische Elemente (Pos. 5.3-15) zur Abstützung des Kondensators auf dem Fundament und geregelte elektrische Beheizungen (Pos. 5.3-19) zur Erzielung von örtlich ca. 0°C an ihrer Oberfläche und damit zur Abwendung von Einfrierungen und hierdurch verbundenen möglichen Störungen für bewegte Teile sowie eine Isolation (Pos. 5.3-21) aufweisen, im zylindrischen Teil ein Register aus konzentrischen Ringen (Pos. 5.3-20) von Rohren (Pos. 5.3-3), die von einem Trägergestell (Pos 3.5-8) gelagert werden, ein Ein- und Austritt (Pos. 5.3-9 und 5.3-10) für die Kältegase in jeden Rohr-Ring (Pos. 5.3-20), in den jeweils eine verbindende obere und untere Einlauf- und Auslaufkammer (Pos. 5.3-23) eingebaut ist und die Rohre (Pos. 5.3-3) mittels Blechschablonen (Pos. 5.3-22), über die Höhe des Registers verteilt, gehaltert sind, um eine exakte geometrische Kreis-Anordnung zu gewährleisten, die Rohre als Wärmeübertragungsfläche dienen, wobei gemäß der Rohr-Einzel-Anordnung gegenüber einer Flächen-Anordnung von 2 Zargen zur Bildung der beidseitigen Heizfläche bezüglich der Kältegase eine Erhöhung um ca. 56% für die Wärmeübertragungs-Fläche resultiert, in den Ringräumen zwischen den Rohr-Ringen des Registers (Pos. 5.3-20), in denen die Betriebsluft von oben nach unten geleitet wird, ein Abstreifer-Korb (Pos. 5.3-4) mittels Lagerungen (Pos. 5.3-12 und 5.3-13) drehbar gelagert ist, der mit Schabern (Pos. 5.3-5) versehen ist, eine kontinuierliche Hin- und Her-Bewegung des Korbes durch einen pneumatischen Antrieb (Pos. 5.3-17) über einen Hebelarm (Pos. 5.3-16) mittels erzeugtem Stickstoff gewährleistet ist und dessen Bewegung begrenzt wird (Pos. 5.3-25 und 5.3-26) gegen die jeweils innenliegenden Kältegas-Ein- und Ausführungsleitungen (Pos. 5.3-9.1), der Abstreifer-Korb (Pos. 5.3-4) getragen wird durch eine Konstruktion aus einem Speichen-Stern (Pos. 5.3-6) mit Nabe (Pos. 5.3-7), an dem Speichen-Stern (Pos. 5.3-6) die Schaberblätter (Pos. 3.5-5) mittels konzentrisch angeordneter Reifen befestigt sind, in einem Abstand (Pos. 5.3-27) von den Rohren entfernt das Abstreifen des Schnees durch die Schaberblätter (Pos. 3.5-5) erfolgt und die Breite der Ringkammern für die Betriebsluft so gestaltet ist, dass die Betriebsluft jeweils mit gleicher Geschwindigkeit nach unten fließt.
Verfahren nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Schnees (Pos. 5.3-27) an den Wärmeübertragungs-Flächen der Gefrier-Kondensatoren (Pos. 5.3 und 5.4), gemessen von den Rohrwänden (Pos. 5.3-3) bis zur Oberfläche an der Betriebsluft, 0,005 mm bis 200 mm beträgt und die Betriebsluft mit geringer Geschwindigkeit in einem Bereich von 0,05 bis 5 m/s nach unten fließt und die Gewinnung des Wassers über die Form von tiefgekühltem trockenem Schnee als verfahrenstechnisch effizient zu behandeltem Stoff bei Betriebsluft-Temperaturen < 0°C erfolgt, der Transport mittels der entwässerten kalten Betriebsluft in die Feinst-Filtration ähnlich einem Staub, vorteilhaft in automatischen Klopffiltern, durchgeführt wird, nachfolgend die Sammlung und Abführung des Schnees in einen unterliegendem Behälter (Pos. 5.7.2) erfolgt, hier die Temperatur-Sperre des Kalt-Bereiches < 0°C für den Schnee gegen das im Behälter in flüssiger Form vorliegende wärmere Wasser über eine Schnee-Abtauchung (Pos. 5.7.1, 6) über dem Wasser, gestaltet mit einem höher liegenden kleinen Zwischenbehälter mit einer Standregelung für den Schnee und mit konischem Auslauf und Austrags-Schnecke (Pos. 5.7.1-3) eingerichtet wird, in dem sich oberhalb der Dosier-Schnecke ein ständiger Schnee-Stau als Puffer gegen die aufsteigende Wärme des Wassers (Pos. 5.7.1-7) aus dem unten liegenden Behälter (Pos. 5.7.2) bildet und verhindert, dass höhere Temperaturen nach oben in den Temperaturbereich < 0°C der Feinfiltration sich bilden können, der Schnee von der Dosier-Schnecke (Pos. 5.7.1-3) in das darunter befindliche Wasser ausgetragen wird, wobei eine Heizung (Pos. 5.7.1-12) mit Temperatur-Regelung den Schnee bei gezielter Temperatur auftaut.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Wasser-Aufbereitung für Abwasser (Komplex 8) eine Sterilisation zur Abtötung von Krankheitserregern bei Temperaturen zwischen 101 und 200°C in Form der Überhitzung der gesamten Kreislaufmenge des Wassers unter Druck durchgeführt wird, daraufhin eine Entspannungsverdampfung auf 1 bar(a) und nachfolgende Kondensation erfolgt, die dabei anfallende Menge Kondensat in die Wasser-Aufbereitung für das Körperwasser (Komplex 7) eingetragen wird und hier gemeinsam mit dem Wasserkreislauf die gleiche Behandlung wie in Komplex 8 wiederholt wird, das hierbei resultierende Kondensat nach der Entspannungsverdampfung nachfolgend in die Luft zur Belüftung der Gewächshäuser (Pos. 9.5) eingesprüht und danach aus der Abluft aus den Gewächshäusern auskondensiert wird und dadurch eine zusätzliche Niedrig-Temperatur-Verdampfungs-Reinigung erfahren kann, das Kondensat aus der Abluft aus den Gewächshäusern (Pos. 9.5) danach in die Trinkwasser-Bereitung (Komplex 6) einfließt und hier wiederum eine gleiche Sterilisation durchgeführt wird, am Ende das beschriebene Entspannungs-Kondensat in der Qualität nach der Abwasserklärung (Pos. 8.7) somit insgesamt einer dreifachen Überhitzung, dadurch einer mehrfachen Reinigung unterzogen wurde und der Wasser-Gewinn für das Habitat dabei um diesen Betrag erhöht wird, wobei die erforderliche Wärme für die Sterilisationsstufen in der Zeit ohne Sonnenschein aus der Wärmekapazität des HTM-Kondensates aus der Dampferzeugungsanlage (Pos. 1.4) entnommen werden kann, Sterilwasser für medizinische oder technische Anwendungen entnommen werden und vor der Abgabe des Wassers in das Trinkwasser nach den Standards erforderliche Mineralien in dem Vorlagebehälter (Pos. 8.17) beigemischt und gelöst werden sowie das Trinkwasser auf die gewünschte Temperatur gekühlt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Edelgase, die bei der Luftzerlegung Komplex 3 als weitere Gase aus dem Ambiente gewonnen werden können, im Habitat verwendet werden, vorteilhaft Helium z. B. als Leicht-Gas zur Befüllung und Erzeugung eines Auftriebes für Flugobjekte und Argon z. B. als Schutzgas beim Schweißen sowie für weiteren Gebrauch.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser- und Nachtkälte-Speicher (Komplex 10) als Kapazität für die Speicherung von zusätzlichem Wasser-Gewinn sowie die im Nacht-Betrieb nicht verwertungsfähigen Kältemengen und zusätzlich aus der Umgebungsluft in der Nacht vorhandener Kälte dient, wobei bzgl. der Kälte-Speicherung die Speicherbehälter in eine Batterie 1 (Pos. 10.1) für die Speicherung der Kälte vor Allem in Form der latenten Wärme (Eis) und in eine Batterie 2 und Batterie 3 (Pos. 10.2 und 10.3) für die Speicherung der Kälte in Form der fühlbaren Wärme (Wasser) eingesetzt werden, die Behälter der Batterie 1 (Pos. 10.1) gegenüber den Behältern der Batterien 2 und 3 (Pos. 10.2 und 10.3) einen nach oben konisch erweiterten Behälter-Durchmesser (Pos. 10.1-1) aufweisen, um der Ausdehnung des Eises (Pos. 10.1) zu entsprechen, ansonsten, alle gleich ausgeführt und wie folgt aufgebaut sind: – je ein Rohr-Register (Pos. 10.1-2 und 10.1-3), gestaltet aus linear und parallel angeordneten Rohrreihen mit Stutzen für – Kälte-Eintrag (Pos. 10.1-9 und 10.1-10) und Kälte-Austrag (Pos. 10.1-10 und 10.1-11), das gleichzeitig zur Durchleitung von Gas für den Kälte-Eintrag und Gas für den Kälte-Austrag oder zum parallelen Kälte-Eintrag in der Nacht für den Stickstoff und den Sauerstoff oder parallel für die Betriebsluft nach der Wasser-Gewinnung und die Umgebungsluft in der Nacht dient und wahlweise angewendet werden kann, – jeweils einen Korridor (Pos. 10.1-12) und (Pos. 10.1-13), durch die die Gase über getrennte Kanäle (Pos. 10.1-14 und 10.1-15) für die einzelnen Rohrreihen (Pos. 10.1-2 und 10.1-3), die aus Wänden (Pos. 10.1-16 und 10.1-17) gebildet und dicht geschweißt sind, in das jeweilige Rohr-Register (Pos. 10.1-2) und (Pos. 10.1-3) einlaufen und unten in gleichem Aufbau auslaufen, wobei die Gase entsprechend ihrer Temperatur-Gradienten und somit durch Dichte-Änderung verstärkend oben oder unten eingeleitet werden, die Gase danach den Speicher verlassen, – Stutzen (Pos. 10.1-18 und 10.1-19), zum Ein- und Ausfüllen des Wassers eingesetzt sind, wodurch eine ständig währende Möglichkeit zum Wasser-Eintrag und -Austrag gegeben ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewächshäuser (Pos. 9.5) mit Überdachung und in kompletter Einhausung und ausreichender Isolation sowie Sonnenschutz versehen sind, die eine geschlossene Atmosphäre zur Vermeidung von Verdunstungsverlusten und hohe Sonnen-Abdeckung zur Abwehr zusätzlicher Wärmeemission durch direkte Sonneneinstrahlung bewirken, der Zugang vorteilhaft über automatisch verschließbare Tore vorgesehen ist, im oberen Bereich Flächen zur indirekten Wärmeübertragung für den Austrag der imitierten Wärme aus der äußeren Umgebung und der damit verbundenen Kondensation des in der Raumluft gesättigten Wassers sowie Ausrüstungen zur Gestaltung von Hydro-Becken für die pflanzlichen Kulturen und ggf. Fischzuchtbecken in mehrfacher Höhe mit Zugängen vorhanden sind und dass die Gebäude im Komplex 9 aus funktionellen Baugruppen in Leichtbauweise und analog in geschlossener Ausführung zur Klimatisierung und Abdeckung ausgerüstet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Müllverbrennungsanlage angewendet wird, in der nicht zu verrottende Abfälle aus dem Habitat verbrannt werden und hierfür Zuführungs-Rohrleitungen für den im Habitat erzeugten Wasserstoff und Sauerstoff installiert werden, die zur Unterstützung und Verstärkung der Verbrennung und somit Erzielung hohe Temperaturen eingesetzt werden können.