DE102017221439B4

DE102017221439B4 - Hypolimnetische lüftungsstruktur mit erneuerbarer energie

Info

Publication number: DE102017221439B4
Application number: DE102017221439.2A
Authority: DE
Inventors: Serdar Göncü
Original assignee: Anadolu Ueniversitesi
Current assignee: Anadolu Ueniversitesi
Priority date: 2016-12-14
Filing date: 2017-11-29
Publication date: 2020-01-23
Anticipated expiration: 2037-11-30
Also published as: DE102017221439A1

Abstract

Hypolimnetische Lüftungsstruktur (1), dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Folgendem besteht:• einer Windturbine (21), um eine Windenergie zu nutzen,• Sonnenkollektoren (22), um eine Solarenergie zu nutzen,• thermoelektrische Paneele (28), die elektrische Energieerzeugung durch einen relativen Temperaturunterschied zwischen kaltem Wasser aus einem hypolimnischen Bereich und heißem Wasser in einer Epilimnion-Wasseroberfläche ermöglichen,• einem Laderegler (23), der verwendet wird, um die aus den Windturbinen (21), den Sonnenkollektoren (22) und den thermoelektrischen Paneelen (28) erhaltene Energie effizient zu benutzen und um einen möglichen Energieverlust zu reduzieren,• einer Batterie (24), die für die hypolimnetische Lüftungsstruktur (1) die erzeugte Energie speichert,• einem Energieübertragungskabel (25), das die Energie an die hypolimnetische Lüftungsstruktur (1) übermittelt,• einer Energieversorgungseinheit (2), die einen DC-Luftkompressor (26) aufweist, der eine benötigte Luft für eine Belüftung anbietet,• einer schwimmenden Pontoneinheit (3), die einen Anschluss zwischen der Energieversorgungseinheit (2) und einer Mischeinheit (4) ermöglicht und durch eine Kombination schwimmender Pontonmodule (31) gebildet wird, so dass eine Berührung der Sonnenkollektoren (22) und der Windturbine (21) mit Wasser vermieden wird,• einem DC-Motor (41) mit Getriebe, dem die Energie aus dem Energieübertragungskabel (25) zugeführt wird und der mit einer Welle (42) verbunden ist, um eine erforderliche Drehbewegung zu ermöglichen,• einem Propeller / einem Propellersatz (43), der die Drehbewegung ermöglicht und im Zentrum einer Lüftungskammer (55) positioniert ist,• die Welle (42), die die Drehbewegung an den Propeller / Propellersatz (43) übermittelt und auch zwischen dem DC-Motor mit Getriebe (41) und dem Propeller / Propellersatz (43) positioniert ist,• der Mischeinheit (4), die ein mechanisches Mischen des Wassers ermöglicht,• einem vertikalen Wasser-Ansaugrohr (51), das durch eine Gebläse-Struktur auf eine gewünschte Tiefe herunter- und hochgehoben werden kann, die im hypolimnetischen Bereich eine Wasserübertragung von der gewünschten Tiefe zu einer Wasseroberfläche ermöglicht, und auch eine Wasser-Hauptleitung an die hypolimnetischen Lüftungsstruktur (1) hat,• einem Trichter (52), der durch seine Lage auf einem Endabschnitt des vertikalen Wasser-Ansaugrohres einen Trichterboden hat, der sich zu dem Endabschnitt hin erstreckt und eine Positionierung eines Siebs (53) ermöglicht,• dem Sieb (53), das Perforationen aufweist, die eine Verstopfung des vertikalen Wasser-Ansaugrohrs (51) am inneren Teil des Trichters (52) verhindert,• der Lüftungskammer (55), die in Übereinstimmung mit einem Niveau der Wasseroberfläche im oberen Teil des vertikalen Wasser-Ansaugrohres (51) positioniert ist, die Belüftung von nach oben übertragenem Wasser ermöglicht, sich nach oben in einer konischen Form erweitert und einen schmalen unteren Eingang hat;• mindestens einer Wasserrücklaufleitung (54), die die Lüftungskammer (55) mit Seitenabschnitten verbindet und durch ein Drücken von Wasser nach oben die Wasserübertragung an den hypolimnetischen Bereich ermöglicht,• einem Wärmeisolator (56), der an einer Außenfläche der Lüftungskammer (55) beschichtet wird, um eine aus dem hypolimnetischen Bereich kommende Kaltwassermasse ohne Erwärmung wieder in den hypolimnetischen Bereich zu übertragen;• einem Rohrabscheider (57), der in Längsrichtung der Lüftungskammer angeordnet ist, so dass die Wassermasse bei der Lüftungskammer (55) länger bleiben kann und das Wasser aus dem hypolimnetischen Bereich nicht mit einem Welleneffekt vermischt wird,• einer Zirkulationseinheit (5), die eine Zirkulation des Wassers ermöglicht und die einen Diffusor (58) umfasst, der am Boden der Lüftungskammer (55) und sowohl an einer Innenseite als auch an einer Außenseite des Rohrabscheiders (57) positioniert ist, um ein mögliches Verstopfen wegen Materialanhäufung zu verhindern.

Description

Technisches Feld
Die Erfindung betrifft eine hypolimnetische Lüftungsstruktur, die dank der Mischeinheit, die ein mechanisches Wassergemisch zur Beseitigung des gelösten Sauerstoffmangels aufgrund der thermischen Schichtung im stillen Wasser wie ein See mit großer Wassermasse, ein Staudamm, ein künstlicher See usw. bereitstellt, und dank der erneuerbaren Energieversorgungseinheit, die mit der Zirkulationseinheit eine Wasserübertragung ermöglicht, seine eigene Energie erzeugen kann.
Der Stand der Technik
Mit der Zunahme der Weltbevölkerung wächst der Bedarf an Wasser Tag für Tag. Mit zunehmender Bevölkerungs- und Entwicklungsbranche nehmen natürliche Quellwässer ab und werden verschmutzt. Natürliche Ressourcen, bestehende Seen und Staudämme müssen gereinigt und geschützt werden, um bestehende Bedingungen zu erhalten und zu verbessern.
Thermische Schichtung ist eine Phase, was eine Wärmeschichtung bedeutet. Besonders in den Sommermonaten erwärmt sich die Wasseroberfläche. Das erwärmende Wasser wird weniger dicht als das kühle Wasser unter dem Teich. Aufgrund dieses Dichteunterschiedes tritt eine Schichtung auf. Infolgedessen können die oberen und unteren Schichten nicht vermischt werden. Die Erhöhung der Wassertemperatur auf diese Weise verringert allmählich die Sauerstoffaufnahmekapazität. Dieses Ereignis bringt eine Reihe von Problemen mit sich.
Stehende Gewässer, insbesondere Seen, verlieren durch saisonale Effekte die Menge an gelöstem Sauerstoff. Zusammen mit der thermischen Schichtung nimmt die Anzahl der Lebewesen, die in Seen leben, und die Anzahl der Arten ab.
Mit der thermischen Schichtung werden die Seewässer in Schichten unterteilt, die als Epilimnion, Metallimnion und Hypolimnion genannt werden. Aufgrund der Wind- und Wellenbewegungen gibt es eine konstante Mischung in der Epilimnion Schicht und die Temperatur ist in dieser Schicht in der Regel konstant. Die Hypolimnion Schicht hat dichteres Wasser und ist kälter als die oberen Schichten. Der Bereich, in dem der Temperaturgradient gebildet wird, wird Metallimnion genannt. Es wurden viele Zirkulationsgeräte entwickelt, um die Auswirkungen dieser Schichten zu reduzieren.
Die im Stand der Technik erfahrenen Probleme sind nicht in der Lage, die gewünschte Tiefe zu erreichen, um den Wasserstrom insbesondere in den tiefen Wasserkörpern in den Teichen bereitzustellen, und die für die Sauerstoffübertragung erforderliche Ausrüstung zu gewährleisten und somit wird die optimale Mischung nicht erhalten.
Im Stand der Technik wird in EP2324702A1 eine schwimmende Art von Ausrüstung erwähnt, die zur Behandlung des Flussbettes verwendet werden kann. Bei dieser Anlage wird das vom Boden abgeführte Wasser zur Plattform transportiert, wo die Behandlung in rechteckiger Form in der Oberfläche realisiert wird. Danach kehrt das Wasser in jede gewünschte Tiefe zurück. Darüber hinaus ist das Gerät mit Einheiten ausgestattet, um den Tauchschlamm herunterzuziehen und zurück zu transportieren. Die Wasserrückübertragung erfolgt von einem Punkt aus.
Im Stand der Technik von CA2 145 031 A1 ist eine Vorrichtung bekannt, die neben der hypolimnischen Belüftung die Wasserreinigung durch Verringerung der Schlammmenge durch Biofiltration vornimmt. Das hypolimnische Beatmungsprinzip an der Vorrichtung ist ein voll belüftetes Lüftungssystem. Die Übertragung von Wasser in den hypolimnetischen Bereich wird durch die Hebekraft der Luft erreicht, die durch den Diffusor an der Basis der Vorrichtung freigesetzt wird. Das sich nach oben bewegende Wasser wird in der Rücklaufleitung, die als zweites Rohr um die Traktionslinie der Vorrichtung geplant ist, wieder nach unten befördert. Darüber hinaus trägt ein biologisches Filtermedium in der Mitte des Gerätes zu den natürlichen Behandlungsprozessen von Mikroorganismen bei und sorgt für eine Wasseraufbereitung. In der vorliegenden Erfindung wird das Belüftungssystem in dem flachen Teil des Wassers nicht durchgeführt.
In dem bekannten Stand der Technik von US4044720 wird Wasserentlüftungsgerät erwähnt. Bei in diesem Dokument beschriebener Erfindung wurde die Übertragung des kalten Wassers am Boden durch die schwimmenden Wasserkanäle und die Bodenbelüftung auf die Oberfläche, Wasserbehandlung sowie das Fischwachstum vorgesehen. In der vorliegenden Erfindung gibt es keine physikalische Mischvorrichtung, die die obige Wasserübertragung ermöglicht. Außerdem gibt es Fischzuchtkanäle für Fischzuchtzwecke.
In dem bekannten Stand der Technik aus DE 93 02 230 U1 ist eine zur Oxygenierung der Wassermassen ausgebildete Vorrichtung bekannt. Die Funktion, der in diesem Dokument erwähnten Vorrichtung ist im Folgenden angegeben. Die Erfindung betrifft eine vorwiegend windgetriebene Vorrichtung zur Entnahme von sauerstoffarmem, mit Methangas, Schwefelwasserstoff und Faulstoffen belastetem Wasser aus dem Hypolimnion im wesentlichen stehenden Gewässer, zur Entgasung und Belüftung dieses Wassers sowie dessen Rückführung in den Bereich unterhalb der Temperatursprungschicht.
In dem bekannten Stand der Technik aus DE 36 19 327 A1 ist eine kombinierte Photonen- und Energie-Umwandlungssolareinrichtung bekannt. Die Funktion der in diesem Dokument erwähnten Einrichtung ist im Folgenden angegeben: solartechnische Anlage, deren Oberseite der Umgebungsluft und Sonneneinstrahlung zugewandt ist, deren Unterseite jedoch in kühlendes Wasser z.B. eines Meeres eintaucht, und deren Oberseite zur Wandlung von Sonnenenergie (Photonen) mit Halbleiterphotoelementen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu vorbenannter Solarenergiekonversion ein zweites System unter Nutzung des Temperaturgradienten zwischen der heißen Oberseite und der wassergekühlten Unterseite der Solaranlage einen Transport von Wärmeenergie gemäß dem Temperaturgefälle von oben nach unten bewirkt, wobei ein Teil dieses Energieflusses in eine Elektroenergie umgewandelt wird, was das spezifische Leistungsvermögen der Solaranlage beträchtlich erhöht.
In dem bekannten Stand der Technik aus DE 44 04 024 A1 ist eine zur Oxygenierung der Wassermassen ausgebildete Vorrichtung bekannt. Die Funktion, der in diesem Dokument erwähnten Einrichtung ist im Folgenden angegeben: Die Funktion der in diesem Dokument erwähnten Vorrichtung ist im Folgenden angegeben. Die Erfindung betrifft eine vorwiegend windgetriebene Vorrichtung zur Entnahme von sauerstoffarmem, mit Methangas, Schwefelwasserstoff und Faulstoffen belastetem Wasser aus dem Hypolimnion im wesentlichen stehenden Gewässer, zur Entgasung und Belüftung dieses Wassers sowie dessen Rückführung in den Bereich unterhalb der Temperatursprungschicht.
Im Falle der oben erwähnten Technik kann die Zirkulation von Wasser in existierenden Systemen des Standes der Technik nicht schnell erreicht werden. Dies ist nachteilig im Hinblick darauf, dass es nicht möglich ist, eine dauerhafte Struktur gegen Verstopfung aufgrund von biologischer Ansammlung bereitzustellen.
Probleme zur Lösung der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Belüftung der Teiche, die sich an entfernten Orten aus dem Stromnetz befinden, durch die eingebaute Energieversorgungseinheit bereitzustellen.
Die andere Aufgabe der Erfindung ist es, eine schnellere Zirkulation von Wasser mit dem Propeller oder dem Propellersatz bereitzustellen.
Eine andere Aufgabe der Erfindung besteht darin, den Wassersäulendruck zu verringern, den der Kompressor überwinden muss, indem er die Belüftungsvorrichtung an seiner oberen Oberfläche positioniert.
Figurenliste

: eine perspektivische Darstellung der hypolimnetischen Lüftungsstruktur mit erneuerbarer Energie
: eine Explosionsdarstellung der hypolimnetischen Lüftung mit erneuerbarer Energie
: ein zweidimensionales Bild der hypolimnetischen Ventilation mit erneuerbarer Energie

Erläuterung der Referenzen in den Figuren

Die Teile in den Figuren sind nummeriert und ihre Erläuterungen sind nachstehend angegeben:

1 :	Hypolimnetische Lüftungsstruktur
2:	Energieversorgungseinheit
	21:	Windturbine
	22:	Sonnenkollektor
	23:	Laderegler
	24:	Batterie
	25:	Energieübertragungskabel
	26:	DC-Luftkompressor
	27:	Luftleitung
	28:	Thermoelektrische Panel
3:	Schwimmende Pontoneinheit
	31:	Schwimmendes Pontonmodul
4:	Mischeinheit
	41:	DC-Motor mit Getriebe
	42:	Welle
	43:	Propeller / Propellersatz
5:	Zirkulationseinheit
	51:	Vertikale Wasser-Ansaugrohr
	52:	Trichter
	53:	Sieb
	54:	Wasserrücklaufleitung
	55:	Lüftungskammer
	56:	Wärmeisolator
	57:	Rohrabscheider
	58:	Diffusor

Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine hypolimnetische Lüftungsstruktur (1), die dank einer Mischeinheit (4), die ein mechanisches Wassergemisch zur Beseitigung eines gelösten Sauerstoffmangels aufgrund einer thermischen Schichtung im stillen Wasser wie ein See mit großer Wassermasse, ein Staudamm, ein künstlicher See usw. bereitstellt, und dank einer erneuerbaren Energieversorgungseinheit (3), die mit einer Zirkulationseinheit (5) Wasserübertragung ermöglicht, seine eigene Energie erzeugen kann.
Im Allgemeinen umfasst die hypolimnetische Lüftungsstruktur (1) gemäß der Erfindung eine Windturbine (21), einen Sonnenkollektor (22), einen Laderegler (23), eine Batterie (24), eine Energieübertragungskabel (25), die Energieversorgungseinheit (2), die einen DC-Luftkompressor (26), eine Luftleitung (27) und eine thermoelektrische Paneele (28) beinhaltet; eine aus einem schwimmenden Pontonmodul (31) gebildete Schwimmende-Pontoneinheit (3); ein DC-Motor mit Getriebe (41), eine Welle (42), die Mischeinheit (4), die einen Propeller/einen Propellersatz (43) beinhaltet, und die Zirkulationseinheit (5), die ein vertikales Wasser-Ansaugrohr (51), einen Trichter (52), einen Sieb (53), eine Wasserrücklaufleitung (54), einen Lüftungskammer (55), einen Wärmeisolator (56), einen Rohrabscheider (57) und einen Diffusor (58) beinhaltet.
Die hypolimnetische Lüftungsstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst die Windturbine (21) um die Windenergie zu nutzen; Sonnenkollektoren (22), um die Solarenergie zu nutzen; thermoelektrische Paneele (28), die die elektrische Energieerzeugung durch den relativen Temperaturunterschied zwischen dem kalten Wasser aus dem hypolimnischen Bereich und dem heißen Wasser in Epilimnion-Wasseroberfläche ermöglichen; den Laderegler (23), der verwendet wird, um die erhaltene Energie effizient zu benutzen und um den möglichen Energieverlust zu reduzieren; die Batterie (24), die für die hypolimnetische Lüftungsstruktur (1) erzeugte Energie speichert; Energieübertragungskabel (25), die Energie an die hypolimnetische Lüftungsstruktur (1) übermittelt; den DC-Luftkompressor (26), der die benötigte Luft für Belüftung anbietet; die Schwimmende Pontoneinheit (3), die den Anschluss zwischen der Energieversorgungseinheit (2) und der Mischeinheit (4) ermöglicht und auch durch die Kombination der schwimmenden Pontonmodule (31) gebildet wird, so dass die Berührung der Sonnenkollektoren (22) und der Windturbine (21) mit Wasser vermieden wird; die Mischeinheit (4), die das mechanische Mischen vom Wasser ermöglicht; DC-Motor (41) mit Getriebe (41), der von der Energie aus Energieübertragungskabel (25) zugeführt und mit der Welle (42) verbunden wird, um die erforderliche Drehbewegung zu ermöglichen; einen Propeller / einen Propellersatz (43), das die Drehbewegung ermöglicht und im Zentrum von Lüftungskammer (55) positioniert wird; die Welle (42), die Drehbewegung an den Propeller / den Propellersatz (43) übermittelt und auch zwischen dem DC-Motor mit Getriebe (41) und dem Propeller / dem Propellersatz (43) positioniert wird; die Zirkulationseinheit (5), die die Zirkulation vom Wasser ermöglicht; das vertikale Wasser-Ansaugrohr (51), das durch eine Gebläse-Struktur auf die gewünschte Tiefe herunter- und hochgehoben werden kann, die im hypolimnetischen Bereich die Wasserübertragung von der gewünschten Tiefe zu der Wasseroberfläche ermöglicht, und auch eine Wasser-Hauptleitung an die hypolimnetische Lüftungsstruktur (1) hat; den Trichter (52), der durch seine Lage auf einem Endabschnitt des vertikalen Wasser-Ansaugrohres einen Trichterboden hat, der sich zu dem Endabschnitt hin erstreckt und die Positionierung des Siebes (53) ermöglicht; das Sieb (53), das Perforationen aufweist, die eine Verstopfung des vertikalen Wasser-Ansaugrohrs (51) am inneren Teil vom Trichter (52) verhindern; eine Lüftungskammer (55), die in Übereinstimmung mit dem Niveau der Wasseroberfläche im oberen Teil des vertikalen Wasser-Ansaugrohres (51) positioniert ist, die Belüftung von nach oben übertragene Wasser ermöglicht, sich nach oben in der konischen Form erweitert und einen schmalen unteren Eingang hat; die Wasserrücklaufleitung (54), die Lüftungskammer (55) mit den Seitenabschnitten verbindet und durch das Drücken von Wasser nach oben die Wasserübertragung an den hypolimnetischen Bereich ermöglicht; den Wärmeisolator (56), der an der Außenfläche der Lüftungskammer (55) beschichtet wird, um die aus dem hypolimnetischen Bereich kommende Kaltwassermasse ohne Erwärmung wieder in den hypolimnetischen Bereich zu übertragen; den Rohrabscheider (57), der in Längsrichtung der Lüftungskammer angeordnet ist, so dass die Wassermasse bei der Lüftungskammer (55) länger bleiben kann und das Wasser aus dem hypolimnetischen Bereich nicht mit dem Welleneffekt vermischt wird; den Diffusor (58), der am Boden der Lüftungskammer (55) und sowohl an die Innenseite als auch an die Außenseite von Rohrabscheider (57) positioniert wird, um das mögliche Verstopfen wegen Materialanhäufung zu verhindern.
In der hypolimnetischen Lüftungsstruktur (1) wird Energie von der Windturbine (21) und von den Sonnenkollektoren (22) erzeugt, die für die Nutzung von Wind und Sonnenlicht, die erneuerbaren Energiequellen sind, in die hypolimnetische Lüftungsstruktur (1) integriert werden. Außerdem wird Energie von den thermoelektrischen Paneelen (28) erzeugt, die durch den relativen Temperaturunterschied zwischen dem kalten Wasser aus hypolimnetischen Bereich und dem heißen Wasser in der epilimnischen Wasseroberfläche eine elektrische Energie ermöglichen. Diese erzeugte Energie wird durch Energieübertragungskabel (25) an den Laderegler (23) übermittelt und die Batterie (24) wird von der erzeugten Energie durch Energieübertragungskabel (25) zugeführt. DC Strom, der in der Batterie (24) gespeichert ist, wird durch den Laderegler (23) zu dem DC-Luftkompressor (26), der positioniert ist, um die Lüftungsoperation durchzuführen und zu der Mischeinheit (4) übertragen. Zusätzlich wird der Laderegler verwendet, um die Batterie (24) effektiv zu laden, ein Überladen zu verhindern und einen übermäßigen Verbrauch der Batterie zu verhindern.
Die Mischeinheit (4), die durch die Energieübertragungskabel (25) gelieferte DC Strom verwendet, liefert die notwendige Drehbewegung mit dem DC-Motor mit Getriebe (41). Die Drehbewegung wird durch die Welle (42) zu dem Propeller / dem Propellersatz (43) übermittelt, der sich in der Lüftungskammer (55) befindet. Als Ergebnis der Untersuchungen wurde festgestellt, dass ein Propeller / ein Propellersatz (43) mit drei Flügeln und fünfundzwanzig Zentimetern Durchmesser effektiv Wasser zurückführen und Wasser übertragen kann. Zusätzlich kann der Propeller/der Propellersatz (43) auch aus 1-5 Propellern bestehen. Die Zirkulationseinheit (5) sorgt für die Aufnahme des Wassers im hypolimnetischen Bereich durch das vertikale Wasser-Ansaugrohr (51). Darüber hinaus ist es aus verzinktem PVC-beschichtetem Gewebematerial hergestellt und hat eine Balgstruktur, so dass die vertikale Wasser-Ansaugrohr (51) lange Zeit unter Wasser stehen kann und bei Bedarf durch Ziehen des unteren Endteils gereinigt und je nach Wasserstand des Sees auf die gewünschte Tiefe abgesenkt werden kann. Der Trichter (52), der an dem Einlassabschnitt der vertikalen Wasser-Ansaugrohr (51) positioniert ist, und das Sieb (53), das an dem Endabschnitt des Trichters (52) positioniert ist, haben vorzugsweise Löcher mit einem Durchmesser von 0,5-3 cm, um mögliche Verstopfungen und erhebliche hydraulische Belastungsverluste zu vermeiden, wenn die Geschwindigkeit des Wassers, das von dem vertikalen Wasser-Ansaugrohr (51) aufwärts steigt, vorzugsweise 0,1-2 m/s wird. Zusätzlich ist die äußere Oberfläche der Lüftungskammer (55) mit einem Wärmeisolator (56) bedeckt, um die Oberflächenwärmeübertragung zu minimieren. Der untere Einlassbereich der Lüftungskammer (55) umfasst eine schmale, sich nach oben erweiternde Struktur, um eine Ventilationsperiode des durch das vertikale Wasser-Ansaugrohr (51) zu der Lüftungskammer (55) kommenden Wassers zu verlängern. Des Weiteren beträgt die Querschnittsfläche des Wassereinlassbereichs an der Unterseite der Lüftungskammer (55) vorzugsweise 0,5 bis 1% des Querschnittsflächenverhältnisses der vier seitlichen Austrittsstellen. Somit werden die hydraulischen Lastverluste, die während des Wassereinlasses und -auslasses auftreten können, verringert. Es gibt einen Rohrabscheider (57), um die Verweildauer des Wassers bei der Lüftungskammer (55) und die Reaktionseffizienz zu erhöhen, nachdem das Wasser aus dem hypolimnetischen Bereich entnommen wurde. Durch diesen Rohrabscheider (57) wird auch verhindert, dass das Wasser infolge von Kurzschlüssen direkte Auslassstellen erreicht. Der obere Scheitelpunkt des Rohrabscheiders (57) ist vorzugsweise in einer Tiefe von 1-30 cm von der Wasseroberfläche angeordnet, um sicherzustellen, dass die durch die mechanische Drehung des Propellers / des Propeller -Satzes (43) stromaufwärts übertragene Wassermenge auf einem optimalen Niveau ist. Abhängig vom Umfang der Operation wird der Turbineneffekt durch die Verwendung eines 1-5-sequentiell-Propeller / Propeller- Satzes (43) erzeugt und Wasser kann effektiver übertragen werden. Der oberste Punkt der Lüftungskammer (55) ist so angeordnet, dass er vorzugsweise 10-50 cm über der Wasseroberfläche des obersten Punktes der Lüftungskammer 55 liegt, um eine Mischung des Wassers in der Epilimnionszone (Wasseroberfläche) mit dem Welleneffekt des aus der Hypolimnionzone abgezogenen Wassers zu vermeiden. Die Diffusoren (58) sind am Boden der Misch- und Lüftungskammer (55) angeordnet, um dem Wasser zu ermöglichen, den Sauerstoff anzureichern und die mögliche kumulierte Partikel durch das Sieb (53) abzuscheiden und das effektive Volumen der Misch- und Lüftungskammer (55) zu verringern und die entsprechenden Verstopfungen zu verhindern. Die Diffusoren (58), die in dem Bodenabschnitt angeordnet sind, sind sowohl innerhalb als auch außerhalb des Rohrabscheiders (57) in der Mitte der Misch- und Lüftungskammer 55 angeordnet. Dies gewährleistet eine effektive Belüftung in allen Bereichen der Reaktionskammer und verhindert ein Verstopfen durch eine Partikelansammlung. Der für die Belüftung verwendete Diffusor (58) muss resistent gegen die biologische Kumulation sein. Die auf Kupfer oder antibakterieller Oberfläche basierende Diffusoren (58) sind bevorzugt, die das Wachstum von Luftblasendurchmessern aufgrund von Bioakkumulation und Verstopfen von Mikroporen des Diffusors verhindern und die Luftmenge nicht reduzieren. Der DC-Luftkompressor (26) versorgt die von den Diffusoren benötigte Luft und diese Luft wird durch die Luftleitung (27) an die Diffusoren (58) geliefert. Das sauerstoffangereicherte Wasser wird durch die Wasserrücklaufleitungen (54) wieder in den hypolimnetischen Bereich befördert. Die Verwendung von elastischen Industrielüftungsrohren als die vertikalen Wasser-Ansaugrohre (51) und die Wasserrücklaufleitungen (54) bieten große Vorteile. Das Vorhandensein der spiralförmigen Außenstruktur verhindert, dass das Mantelrohr während der Wasserübertragung schrumpft, und ermöglicht aufgrund ihrer leichten Konstruktion, dass das Gesamtgewicht der Ausrüstung relativ niedrig ist. Es macht es auch möglich, diese Rohre auf die gewünschte Tiefe auszudehnen und zu verkürzen, indem die Verkürzungs- und Dehnbarkeitseigenschaften der Rohre wie ein Akkordeon genutzt werden. In Experimenten, die im Laboratoriumsmaßstab durchgeführt wurden, wurde die Sauerstoffaufnahmerate der Wassermasse durchgeführt, indem der Sauerstoffgehalt am Anfang des Wassers in einem Tank von 200 1 entfernt wurde. Die Belüftungsmenge der Wassermasse, die aus der atmosphärischen Wechselwirkung der Wasseroberfläche ohne Belüftungsausrüstung resultierte, wurde gemessen, und der Sauerstofftransferkoeffizient betrug 0,215 / Tag. Dann wurden verschiedene Lüftungsmethoden getestet und es wurde festgestellt, dass der Sauerstofftransferkoeffizient der Ventilation mit einem Labor-Beatmungsgerät des Designs, das letztendlich Gegenstand der Erfindung war, 7.584 / Tag betrug. Angesichts der erhaltenen Sauerstoffübertragungskoeffizienten scheint es, dass die erfindungsgemäße Ausrüstung signifikante Verbesserungen in der Rate der natürlich auftretenden Belüftung bereitstellt.
Die Funktionsweise der erfindungsgemäßen hypolimnetischen Lüftungsstrukturen (1) umfasst die folgenden Operationsschritte:

• Die Bildung der schwimmenden Pontoneinheit (3) durch die Kombination der schwimmenden Pontonmodule (31),
• Die Platzierung der Windturbine (21) und des Sonnenkollektors (22) auf der schwimmenden Pontoneinheit (3), die die notwendige Energie für die hypolimnische Lüftungsstruktur (1) liefern,
• Das Übermitteln der Windenergie aus der Windturbine (21) und der Solarenergie aus dem Sonnenkollektor (22) zu der Batterie (24),
- • Die Übertragung der von den thermoelektrischen Paneelen (28) erzeugten Energie zu der Batterie (24) energetischen Batterie 24, die von den thermoelektrischen Platten 28 erzeugt wird,
- • Die Übertragung der von der Windturbine (21) durch Windenergie und von dem Sonnenkollektor (22) durch Solarenergie erzeugten und akkumulierten Energie zu der mechanischen Mischeinheit (4),
- • DC-Motor (41), der durch die Energie von der Batterie (24) angetrieben wird,
- • Übertragung des Wassers im hypolimnetischen Bereich von der gewünschten Tiefe auf die obere Wasseroberfläche durch die Drehbewegung des DC-Motors (41),
- • Zirkulation des aus dem hypolimnetischen Bereich kommenden Wassers mit der Zirkulationseinheit (5),
- • Übertragung von sauerstoffangereichertem Wasser in die hypolimnetische Region über Wasserrücklaufleitungen (54)

Claims

Hypolimnetische Lüftungsstruktur (1), dadurch gekennzeichnet, dass sie aus Folgendem besteht: • einer Windturbine (21), um eine Windenergie zu nutzen, • Sonnenkollektoren (22), um eine Solarenergie zu nutzen, • thermoelektrische Paneele (28), die elektrische Energieerzeugung durch einen relativen Temperaturunterschied zwischen kaltem Wasser aus einem hypolimnischen Bereich und heißem Wasser in einer Epilimnion-Wasseroberfläche ermöglichen, • einem Laderegler (23), der verwendet wird, um die aus den Windturbinen (21), den Sonnenkollektoren (22) und den thermoelektrischen Paneelen (28) erhaltene Energie effizient zu benutzen und um einen möglichen Energieverlust zu reduzieren, • einer Batterie (24), die für die hypolimnetische Lüftungsstruktur (1) die erzeugte Energie speichert, • einem Energieübertragungskabel (25), das die Energie an die hypolimnetische Lüftungsstruktur (1) übermittelt, • einer Energieversorgungseinheit (2), die einen DC-Luftkompressor (26) aufweist, der eine benötigte Luft für eine Belüftung anbietet, • einer schwimmenden Pontoneinheit (3), die einen Anschluss zwischen der Energieversorgungseinheit (2) und einer Mischeinheit (4) ermöglicht und durch eine Kombination schwimmender Pontonmodule (31) gebildet wird, so dass eine Berührung der Sonnenkollektoren (22) und der Windturbine (21) mit Wasser vermieden wird, • einem DC-Motor (41) mit Getriebe, dem die Energie aus dem Energieübertragungskabel (25) zugeführt wird und der mit einer Welle (42) verbunden ist, um eine erforderliche Drehbewegung zu ermöglichen, • einem Propeller / einem Propellersatz (43), der die Drehbewegung ermöglicht und im Zentrum einer Lüftungskammer (55) positioniert ist, • die Welle (42), die die Drehbewegung an den Propeller / Propellersatz (43) übermittelt und auch zwischen dem DC-Motor mit Getriebe (41) und dem Propeller / Propellersatz (43) positioniert ist, • der Mischeinheit (4), die ein mechanisches Mischen des Wassers ermöglicht, • einem vertikalen Wasser-Ansaugrohr (51), das durch eine Gebläse-Struktur auf eine gewünschte Tiefe herunter- und hochgehoben werden kann, die im hypolimnetischen Bereich eine Wasserübertragung von der gewünschten Tiefe zu einer Wasseroberfläche ermöglicht, und auch eine Wasser-Hauptleitung an die hypolimnetischen Lüftungsstruktur (1) hat, • einem Trichter (52), der durch seine Lage auf einem Endabschnitt des vertikalen Wasser-Ansaugrohres einen Trichterboden hat, der sich zu dem Endabschnitt hin erstreckt und eine Positionierung eines Siebs (53) ermöglicht, • dem Sieb (53), das Perforationen aufweist, die eine Verstopfung des vertikalen Wasser-Ansaugrohrs (51) am inneren Teil des Trichters (52) verhindert, • der Lüftungskammer (55), die in Übereinstimmung mit einem Niveau der Wasseroberfläche im oberen Teil des vertikalen Wasser-Ansaugrohres (51) positioniert ist, die Belüftung von nach oben übertragenem Wasser ermöglicht, sich nach oben in einer konischen Form erweitert und einen schmalen unteren Eingang hat; • mindestens einer Wasserrücklaufleitung (54), die die Lüftungskammer (55) mit Seitenabschnitten verbindet und durch ein Drücken von Wasser nach oben die Wasserübertragung an den hypolimnetischen Bereich ermöglicht, • einem Wärmeisolator (56), der an einer Außenfläche der Lüftungskammer (55) beschichtet wird, um eine aus dem hypolimnetischen Bereich kommende Kaltwassermasse ohne Erwärmung wieder in den hypolimnetischen Bereich zu übertragen; • einem Rohrabscheider (57), der in Längsrichtung der Lüftungskammer angeordnet ist, so dass die Wassermasse bei der Lüftungskammer (55) länger bleiben kann und das Wasser aus dem hypolimnetischen Bereich nicht mit einem Welleneffekt vermischt wird, • einer Zirkulationseinheit (5), die eine Zirkulation des Wassers ermöglicht und die einen Diffusor (58) umfasst, der am Boden der Lüftungskammer (55) und sowohl an einer Innenseite als auch an einer Außenseite des Rohrabscheiders (57) positioniert ist, um ein mögliches Verstopfen wegen Materialanhäufung zu verhindern.
Hypolimnetische Lüftungsstruktur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oberer Scheitelpunkt des Rohrabscheiders (57) von der Wasseroberfläche weg angeordnet ist, um sicherzustellen, dass die durch die mechanische Drehung des Propellers / Propeller-Satzes (43) stromaufwärts übertragene Wassermenge auf einem optimalen Niveau ist.
Hypolimnetische Lüftungsstruktur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserrücklaufleitungen (54), die sie aufweist, mit 4 Austrittspunkten verbunden sind.
Hypolimnetische Lüftungsstruktur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Misch- und Lüftungskammer (55) das vertikale Wasser-Ansaugrohr (51) und Wasserzulauf-/Austrittsöffnungen aufweist, die mit den Wasserrücklaufleitungen (54) von der Seite verbindbar sind.
Hypolimnetische Lüftungsstruktur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Querschnittsfläche eines Wassereinlassbereichs an einer Unterseite der Misch- und Lüftungskammer (55) 0,5 bis 1% eines Querschnittsflächenverhältnisses von vier seitlichen Austrittsstellen beträgt.
Hypolimnetische Lüftungsstruktur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein oberster Punkt der Lüftungskammer (55) so angeordnet ist, dass er über der Wasseroberfläche eines obersten Punktes der Lüftungskammer (55) liegt, um eine Mischung des Wassers in einer Epilimnionzone (Wasseroberfläche) mit dem Welleneffekt des aus einer Hypolimnionzone abgezogenen Wassers zu vermeiden.
Hypolimnetische Lüftungsstruktur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserrücklaufleitungen (54) einen Winkel von 45° bis 90° haben, wo eine Verbindung zu der Misch- und Lüftungskammer (55) hergestellt werden soll, um hydraulische Lastverluste des Aufwärtswassers zu minimieren und zurück zu dem hypolimnetischen Bereich zu übertragen.
Hypolimnetische Lüftungsstruktur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sieb (53) Löcher mit einem Durchmesser von 0,5-3 cm hat, um eine Feststoffretention und Wasserabzugsrate von 0,1-2 m / s sicherzustellen.
Hypolimnetische Lüftungsstruktur (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der obere Scheitelpunkt des Rohrabscheiders (57) in einer Tiefe von 1-30 cm von der Wasseroberfläche weg angeordnet ist.
Hypolimnetische Lüftungsstruktur (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wasserrücklaufleitungen (54), die sie aufweist, mit 4 Austrittspunkten in einem Winkel von 45° bis 90° verbunden sind.
Hypolimnetische Lüftungsstruktur (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der oberste Punkt der Lüftungskammer (55) so angeordnet ist, dass er 10-50 cm über der Wasseroberfläche des obersten Punktes der Lüftungskammer (55) liegt.