DE102019110855A1

DE102019110855A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Verwerten von Wüstensand

Info

Publication number: DE102019110855A1
Application number: DE102019110855.1A
Authority: DE
Inventors: Peter Brisizki; Nikolaj Brisizki
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-04-26
Filing date: 2019-04-26
Publication date: 2020-10-29
Also published as: WO2020216922A1; EP3959183A1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verwerten von Wüstensand mit einer Behandlungseinrichtung, die durch eine als Erhitzungsvorrichtung dienende optische Konzentratorvorrichtung (1) gekennzeichnet ist, welche soviel Sonnenstrahlung erfasst und in eine Brennlinie (24) lenkt, dass in dieser mindestens eine Temperaturhöhe erreicht wird, die ein Aufschmelzen von in Wüstensand enthaltenen siliziumhaltigen Partikeln bewirkt

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Verwerten von Wüstensand mit einer Behandlungseinrichtung, die eine als Erhitzungsvorrichtung dienende optische Konzentratorvorrichtung aufweist, sowie auf ein Verfahren zum Verwerten von Wüstensand, bei dem dieser einer Behandlung zum Modifizieren seiner Eigenschaften unterzogen wird.
Eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verwerten von Wüstensand sind in der DE 10 2006 002 563 A1 angegeben. Die Vorrichtung umfasst dabei eine Form zum Herstellen von Sandsteinelementen unter Verwendung von Wüstensand. Dabei wird ein hoher Sandanteil verwendet und zusammen mit einem Bindemittel, insbesondere einem Gießharz, in eine Gussform gefüllt, um es in dieser zu pressen, wonach der Pressling außerhalb der Gussform getrocknet wird.
Neben diesem Beispiel zur Verwertung von Wüstensand gibt es verschiedene andere Vorschläge, wie z. B. zur Herstellung von Silizium in Reinstform, wie in der DE 10 2004 025 654 A1 offenbart. Hierbei wird Sand in einen mit Plasma erfüllten Kessel verbracht und dem Kessel Stickstoff zugeführt, wobei als Reaktionsprodukte Silizium und Wasser entstehen. Das für die Herstellung des Siliziums benötigte Basismaterial SiO₂ (Siliziumdioxid) kann dabei beispielsweise aus Wüstensand oder Meeressand bereitgestellt werden.
In der EP 1 329 434 B1 ist vorgeschlagen, mikronisierten Wüstensand durch Zerkleinern mittels Rotoren herzustellen und als Ziegelzuschlagstoff bei der Herstellung von Ziegeln einzusetzen.
Derartige Verfahren und Vorrichtungen unter Verwendung von Wüstensand benötigen oft relativ hohen Aufwand und wertvolle Zusatzresourcen, wie unter anderem Energie.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, mit der/dem eine möglichst naturnahe, umweltschonende Verwertung von Wüstensand einhergeht, und auch diesbezügliche Verwendungen zu schaffen.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, bei einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 18 und bei Verwendungen mit den Merkmalen der Ansprüche 21 und 22 gelöst.
Bei der Vorrichtung ist erfindungsgemäß eine Behandlungseinrichtung vorgesehen, die durch eine als Erhitzungsvorrichtung dienende Konzentratorvorrichtung gekennzeichnet ist, welche soviel Sonnenstrahlung erfasst und in einen Brennpunkt oder in eine Brennlinie lenkt, dass in dieser mindestens eine Temperaturhöhe erreicht wird, die ein Aufschmelzen von in Wüstensand enthaltenen siliziumhaltigen Partikeln bewirkt.
Bei dem Verfahren ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass bei der Behandlung des Wüstensands dieser mittels einer Sonnenlicht aufnehmenden und in einem Brennpunkt oder in einer Brennlinie auf der Oberfläche des Wüstensands bündelnden Konzentratorvorrichtung soweit erhitzt wird, dass in ihm enthaltene siliziumhaltige Partikel zumindest in ihrem Außenbereich aufschmelzen und bei anschließendem Abkühlen zusammenbacken zu einer karamellartigen Substanz, und dass die Brennlinie oder eine durch oszillierendes Hin- und Herbewegen des Brennpunktes erhaltene Schmelzlinie relativ zur Oberfläche des Wüstensands in dieser in einer Transportrichtung bewegt wird, wobei die Ausrichtung der Brennlinie bzw. Schmelzlinie quer zur Transportrichtung verläuft.
Alternative Verwendungen bestehen zum einen im Aufbau eines Verwehungsschutzes, womit einer zunehmenden Verwüstung (Desertifikation) entgegengewirkt und kultivierte Flächen geschützt werden, die insbesondere in trockenen Gebieten und für die dort lebende Bevölkerung von hohem Wert sind. Zum anderen kann in Wüstengebieten vorhandener Sand für Bauzwecke unmittelbar genutzt werden und muss nicht aufwendig von weither beschafft werden. Denn die durch das Aufbrechen und Zerkleinern gewonnenen Sandpartikel können im Gegensatz zu unbehandeltem Wüstensand wegen ihrer eckigen und rauen Außenfläche als gut reaktionsfähiger Sand bei der Betonzubereitung verwendet werden.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
In vorteilhafter Ausgestattung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Bewegungsvorrichtung aufweist, mittels deren die Konzentratorvorrichtung und zu behandelnder bzw. aufzuschmelzender Wüstensand relativ zueinander bewegbar sind. Beispielsweise kann die Konzentratorvorrichtung bewegbar mit der Bewegungsvorrichtung verbunden sein. Bei Ausbildung der Konzentratorvirrichtung zur Bildung einer Brennlinie kann damit unmittelbar auf dem Wüstensandboden eine flächige Schmelzschicht erzeugt werden, die durch Abkühlen eine erstarrte Sandschicht ergibt. Bei der alternativen Ausgestaltung der Konzentratvorrichtung zur Bildung eines Brennpunkts kann damit unmittelbar auf dem Wüstensandboden eine Schmelzlinie in Mäanderform bzw. Wellenform mit mehr oder weniger eng zusammenliegenden Linienabschnitten gebildet werden, wodurch z. B. nahezu eine flächige Struktur der anschließend erstarrten Schmelzschicht erhalten werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Bewegungsvorrichtung zum Bewegen bzw. Transportieren von Wüstensand z. B. mittels einer Fördervorrichtung (wie Förderband oder dergleichen) ausgebildet sein, wobei dann die (z. B. feststehende Konzentratorvorrichtung) vorzugsweise zur Bildung einer Brennlinie ausgebildet ist.
Eine für den Aufbau und die Funktion vorteilhafte Ausgestaltung besteht weiterhin darin, dass die Konzentratorvorrichtung einen die einfallenden Sonnenstrahlen aufnehmenden rinnenförmigen Primärhohlspiegel, insbesondere in Form einer Parabolrinne oder einer dieser ähnlichen Rinne, und einen die von dem Primärhohlspiegel reflektierten Sekundärstrahlen aufnehmenden und weiter bündelnden Umlenkspiegel aufweist, der die von ihm reflektierten Tertiärstrahlen durch einen in dem Primärhohlspiegel, insbesondere entlang dessen Scheitellinie, vorhandenen Längsschlitz in die beabstandet außerhalb des Primärhohlspiegels liegende Brennlinie lenkt. Die Parabolrinne, d. h. ein Parabolspiegel mit parabelförmigem Querschnitt, oder eine dieser hinsichtlich Funktion und Aufbau ähnliche, d. h. im Wesentlichen entsprechende (z. B. auch näherungsweise kreisabschnittförmige) Rinne, hat den Vorteil, dass eine exakte Strahllenkung erreicht wird, die eine genaue Fokussierung in die Brennlinie und dadurch eine hohe Temperatur zum Aufschmelzen der siliziumhaltigen Partikel zumindest in deren äußerem Bereich erreichen lässt, d. h. eine Temperatur von mindesten 1410 °C oder von über 1700 °C für Quarz.
Der Umlenkspiegel sammelt die von dem Primärhohlspiegel reflektierte Sekundärstrahlung und lenkt sie gegebenenfalls über weitere optische Elemente in die Brennlinie außerhalb des Primärhohlspiegels, insbesondere auf eine dort anzuordnende Sandfläche.
Dabei ist es auch möglich, das optische System der Konzentratorvorrichtung so auszubilden, dass auch eine teilweise Konzentration der Sonnenstrahlung in Richtung der Längserstreckung der Brennlinie erfolgt, so dass diese zwar gegenüber der Längsausdehnung des optischen Systems verkürzt, jedoch hinsichtlich der örtlichen Energiedichte und damit der Temperatur verstärkt wird. Dies kann z. B. durch zusätzliche Krümmung des Primärhohlspiegels und/oder des Umlenkspiegels bezüglich seiner Längserstreckung und/oder durch zusätzliche leichte konvexe Krümmung der gegebenenfalls vorhandenen zylindrischen Sammellinse (ggf. in Ausführung als Fresnellinse) verwirklicht werden. In weiterer Abwandlung des optischen Systems der Konzentratorvorrichtung kann z. B. eine von einer Geraden abweichende Linienform, wie z. B. eine gekrümmte Brenn-linie, gebildet werden.
Für den Aufbau und die Wirkungsweise sind des Weiteren die Maßnahmen von Vorteil, dass im Strahlengang der Tertiärstrahlen eine beispielsweise parallel zur Längsachse des Primärhohlspiegels erstreckte (zylindrische) Sammellinse, insbesondere in Ausbildung als Fresnellinse, angeordnet ist. Die Ausbildung der Sammellinse als Fresnellinse trägt dabei zu einem platzsparenden und materialsparenden Aufbau bei.
Weitere Vorteile für den Aufbau und auch einen Schutz der Optik ergeben sich dadurch, dass die Sammellinse sich in oder nahe dem Bereich des Längsschlitzes erstreckt. Der Längsschlitz kann dabei zumindest weitgehend durch die Sammellinse verschlossen werden.
Eine für den Aufbau und die Funktion vorteilhafte Strahlführung wird dadurch erreicht, dass der Umlenkspiegel so geformt ist, dass die Sekundärstrahlen in beispielsweise parallele Tertiärstrahlen ausgerichtet sind.
Der konstruktive Aufbau wird auch dadurch begünstigt, dass die Behandlungseinrichtung eine Tragevorrichtung umfasst, an der die Konzentratorvorrichtung gelagert ist.
Zu einer vorteilhaften Funktionsweise, z. B. zur Sandaufbereitung für eine Betonherstellung oder zum Herstellen von Bausteinen bzw. Platten, besteht darin, dass die Behandlungsvorrichtung eine Fördervorrichtung zum Fördern von Wüstensand in dünner Schicht entlang einer Förderbahn aufweist und dass die Tragevorrichtung mit der Konzentratorvorrichtung so ausgerichtet ist, dass die Schicht bei ihrer Bewegung die Brennlinie kreuzt, wobei die Fördergeschwindigkeit so auf die Temperatur abgestimmt ist, dass ein Schmelzprozess in den siliziumhaltigen Partikeln eintritt.
So besteht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung zum Herstellen von Platten oder Bausteinen darin, dass die Fördervorrichtung zum Auftragen mindestens einer weiteren Schicht auf einer zuvor einem Schmelzprozess unterzogenen Schicht ausgebildet ist, um eine aus mehreren Lagen gebildete Schichtstruktur zu erhalten. Hierbei kann der schichtweise Aufbau von Platten oder Bausteinen z. B. durch ein Hin- und Herbewegen der Sandschicht unter einer stationären Konzentratorvorrichtung hindurch und Auftragen einer dünnen Sandschicht auf die vorher verfestigte Sandschicht nach jedem Durchlauf erfolgen oder die Fördervorrichtung kann mehrere Zuführstationen zum Auftragen einer dünnen Sandschicht und eine jeweils nachfolgende Einheit der Konzentratorvorrichtung umfassen, um die aufgetragene Sandschicht anzuschmelzen und anschließen nach Abkühlen zu verfestigen. In diesem Fall erfolgt die Förderung der Sandschichten bzw. gebildeten Schichtstrukturen in einer Richtung.
Für die Herstellung von Platten oder Bausteinen sind ferner die Maßnahmen von Vorteil, dass die Fördervorrichtung Formteile trägt und dass die Schicht oder die aus mehreren Lagen gebildete Schichtstruktur in Formlinge segmentiert ist, die in den Formteilen transportiert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Vorrichtung zum Verwerten von Wüstensand besteht darin, dass die Behandlungseinrichtung ein Fahrwerk aufweist, an dem die Tragevorrichtung mit der Konzentratorvorrichtung gelagert ist und das auf der Oberfläche von Wüstensand manövrierfähig ist. Mit diesem Aufbau der Behandlungseinrichtung kann eine an der Oberfläche liegende Erdschicht von Wüstensand beim Überfahren mit dem Fahrgerät unmittelbar durch Aufschmelzen und anschließendes Abkühlen verfestigt werden. Auf diese Weise kann ein Verwehen von Wüstensand in dem verfestigten Bereich verhindert werden bzw. es können durch Verfestigen aufeinander gelagerter Schichten, die durch ständiges Ablagern von Flugsand entstehen, Hindernisse zum Hemmen von Sandverwehungen aufgebaut werden.
Für die letztgenannte Funktion besteht eine vorteilhafte Ausgestaltung darin, dass die Brennlinie quer zur Bewegungsrichtung des Fahrwerks ausgerichtet ist und im Wesentlichen (bis auf eventuelle Unebenheiten der Oberfläche) in der Oberfläche des Wüstensands liegt.
Für die Funktion mit umweltschonendem Betrieb sind ferner die Maßnahmen von Vorteil, dass die Behandlungseinrichtung zu Ihrer elektrischen Energieversorgung eine Photovoltaikeinheit und/oder einen Windgenerator aufweist.
Die Funktionsweise wird auch dadurch begünstigt, dass die Behandlungseinrichtung einen Verschmutzungssensor und/oder eine Reinigungseinheit aufweist.
Für Bauzwecke, insbesondere im Zusammenhang mit der Betonherstellung, sind des Weiteren die Maßnahmen von Vorteil, dass die Behandlungseinrichtung eine Brechvorrichtung aufweist, mittels deren durch erstarrte Schmelze verbackene Sandstücke in partikelartige Bruchstücke zerkleinerbar sind. Die nach dem Brechen erhaltenen Sandpartikel bieten raue, eckige Angriffflächen für die bei der Betonverfestigung zusammenwirkenden Reaktionspartner.
Für den Aufbau von Hindernissen zur Eindämmung von Sandverwehungen sind ferner die Maßnahmen von Vorteil, dass die Behandlungseinrichtung einen Verwehungssensor aufweist, mittels dessen Sandablagerungen gegenüber einem vorhergehenden Ausgangszustand feststellbar sind.
In diesem Zusammenhang bestehen alternative vorteilhafte Ausgestaltungen darin, dass die Behandlungseinrichtung eine Steuerungseinrichtung aufweist oder mit einer solchen in Datenübertragungsverbindung gebracht oder bringbar ist und dass ein Fahrbetrieb des Fahrwerks bzw. damit ausgestatteten Fahrgeräts mittels der Steuerungseinrichtung zeitlich oder - bei Ausbildung nach Anspruch 15 - in Abhängigkeit eines von dem Verwehungssensor signalisierten Verwehungszustands steuerbar ist.
Eine für den Aufbau von Verwehungshindernissen weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass die Behandlungseinrichtung eine mit dem Fahrwerk gekoppelte, in Fahrtrichtung hinter der Brennlinie angeordnete Anhäufvorrichtung, wie insbesondere Pflüggerät, aufweist, mittels deren Streifen von verbacktem, gegebenenfalls noch nicht verfestigtem, Wüstensand aufrichtbar sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens bestehen darin, dass die Brennlinie mittels eines die Konzentratorvorrichtung tragenden Fahrwerks auf der Oberfläche des Wüstensands bewegt wird oder dass einer Behandlung zugeführter Wüstensand mittels einer Fördervorrichtung relativ zur Brennlinie bewegt wird. Beispielsweise können mit dieser Vorgehensweise vorteilhaft Hindernisse für Sandverwehungen automatisch aufgebaut werden, Bausteine oder Platten hergestellt oder Wüstensand für die Betonherstellung aufbereitet werden.
Dabei bestehen weitere vorteilhafte Ausgestaltungen für die Nutzung bzw. Verwertung von Wüstensand darin, dass verbackene Sandstücke durch Zerbrechen in partikelartige Bruchstücke zerkleinert werden oder dass verbackene Sandstreifen oder Streifenabschnitte schichtwiese aufeinander verfestigt werden oder dass verbackene Sandstreifen mittels einer Anhäufvorrichtung aufgerichtet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1A eine schematische Darstellung einer Konzentratorvorrichtung mit Strahlenverlauf für eine Vorrichtung zum Verwerten von Wüstensand in perspektivischer Ansicht,
1 B eine schematische Darstellung einer Konzentratorvorrichtung nach 1A mit Strahlengang im Querschnitt,
2 eine Behandlungseinrichtung mit einer Fördervorrichtung und einer Konzentratorvorrichtung sowie einer Brechvorrichtung mit verschiedenen Behandlungszuständen in schematischer Darstellung,
3 eine weitere Behandlungseinrichtung der Vorrichtung zum Verwerten von Wüstensand mit verschiedenen Behandlungsstationen und einer Fördervorrichtung sowie schematisch dargestellter Konzentratorvorrichtung,
4 eine weitere Behandlungseinrichtung mit einer Konzentratorvorrichtung, die auf einem Fahrwerk angebracht ist,
5 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Behandlungseinrichtung mit einem Fahrwerk und einer Konzentratorvorrichtung in perspektivischer Ansicht,
6 eine Behandlungseinrichtung nach 5 mit näherer Darstellung der Konzentratorvorrichtung in perspektivischer Ansicht,
7 eine Behandlungseinrichtung nach 5 mit zusätzlichen Elementen einschließlich eines Verwehungssensors,
8 ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine Behandlungseinrichtung mit einer auf einem Fahrwerk angebrachten Konzentratorvorrichtung mit zusätzlichen Komponenten einschließlich eines Windgenerators und
9 eine Anhäufvorrichtung in Form eines Pflüggeräts als Komponente einer Behandlungseinrichtung.

1A zeigt schematisch in perspektivischer Ansicht eine Konzentratorvorrichtung 1 als eine wesentliche Komponente einer Behandlungseinrichtung zur Verwertung von Wüstensand.
Die Konzentratorvorrichtung 1 weist zum Aufnehmen einfallender Sonnenstrahlen 20 einen rinnenförmigen Primärhohlspiegel 10 in Form einer Parabolrinne sowie einen von diesem reflektierte Sekundärstrahlen 21 aufnehmenden Umlenkspiegel 11 auf, der seinerseits die auftreffenden Sekundärstrahlen 21 als gebündelte Tertiärstrahlen 22 durch einen in dem Primärhohlspiegel 10 angeordneten Längsschlitz 12 in den auf der konvexen Seite des Primärhohlspiegels 10 liegenden Außenraum lenkt, um die von dem Primärhohlspiegel 10 aufgenommenen Sonnenstrahlen 20 in einer möglichst scharfen Brennlinie 24 zu bündeln. Im Bereich des Längsschlitzes 12 ist zur weiteren Konzentration und Lenkung der Tertiärstrahlen 22 in die Brennlinie 24 eine Sammellinse 13 in Ausbildung als konvexe Zylinderlinse (beispielsweise in Fresnelausführung) angeordnet. Dieser Aufbau mit dem Strahlenverlauf ist auch in 1 B dargestellt. Demnach werden die parallel einfallenden Sonnenstrahlen 20 als die Sekundärstrahlen 21 gebündelt und auf die zugekehrte Spiegelfläche des Umlenkspiegels 11 gerichtet, um von dieser als vorliegend parallele Tertiärstrahlen 22 auf die Sammellinse 13 gelenkt und von dieser als weiter konzentriertes Strahlenbündel 23 in die Brennlinie 24 zusammengeführt zu werden. Die Sammellinse 13 ist vorteilhaft in dem parallel zur Scheitellinie, vorzugsweise in dessen Scheitelbereich, verlaufenden Längsschlitz 12 angeordnet, wobei sie gegebenenfalls mit Halteelementen den Längsschlitz 12 mechanisch verschließt, so dass von außen keine störenden Staub- oder andere Schmutzpartikel eindringen können, die erforderliche Strahlführung jedoch gewährleistet ist. In der Praxis ist die Sammellinse 13 vorteilhaft z. B. als Fresnellinse ausgeführt.
Die Fläche des Primärhohlspiegels 10 ist so groß, dass genügend einfallende Sonnenstrahlen 20 aufgefangen werden, um in der Brennlinie 24 eine Temperatur zu erzeugen, die oberhalb der Schmelztemperatur von in dem Wüstensand enthaltenen siliziumhaltigen Partikeln zumindest in ihrem Oberflächenbereich aufzuschmelzen. Für Silizium liegt dieser Temperaturbereich oberhalb von 1410 °C, für im Sand vorhandenen Quarz oberhalb von 1700 °C. Die Konzentratorvorrichtung 1 bildet somit einen solaren Schmelzofen für Wüstensand.
Für den praktischen Einsatz ist die Konzentratorvorrichtung 1 an einer Tragevorrichtung gelagert, welche entsprechend dem jeweiligen Einsatzzweck stationär, z. B. im Bereich einer Fördervorrichtung für Wüstensand, oder mobil, z. B. auf einem Fahrgerät mit einem Fahrwerk, montiert ist. Die Tragevorrichtung 60 ist dabei bezüglich der Fördervorrichtung bzw. dem Fahrwerk so positioniert, dass die Brennlinie 24 im Betrieb auf der Oberfläche des zu behandelnden Wüstensands liegt, so dass der Wüstensand in einer Oberflächenschicht durch die in der Brennlinie erzeugte Wärmeenergie aufgeschmolzen wird.
Die Tragevorrichtung für die Konzentratorvorrichtung 1 ist so ausgebildet, dass eine möglichst hohe Strahlungsleistung der einfallenden Sonnenstrahlen 20 erfasst wird, wobei eine vorteilhafte Ausgestaltung darin besteht, dass die Konzentratorvorrichtung 1 dem Sonnenstand entsprechend nachgeführt werden kann. Vorteilhaft ist dabei eine Symmetrieachse bzw. optische Achse des primären Hohlspiegels 10 (bezogen auf dessen Längsausdehnung z. B. in einer mittleren Querebene) zumindest über einige Stunden vor- und nachmittags parallel zu den einfallenden Sonnenstrahlen 20 ausgerichtet.
Eine Abwandlung der Konzentratorvorrichtung 1 kann z. B. darin bestehen, dass eine zusätzliche Konzentration der Sonnenstrahlen in Richtung der Längserstreckung der Brennlinie 24 erfolgt oder eine von einer Geraden abweichende Form der Brennlinie gebildet wird, wie eingangs beschrieben.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel einer Behandlungseinrichtung für Wüstensand wird eine dünne Schicht von Wüstenstand mittels einer Zuführeinheit 41 auf ein Förderband 40 einer Fördervorrichtung aufgetragen und zu einer Aufschmelzstation mit einer Konzentratorvorrichtung 1 des vorstehend beschriebenen Aufbaus transportiert, wobei die Brennlinie 24 quer, insbesondere senkrecht, zur Richtung der Transportbewegung ausgerichtet ist und im Bereich der dünnen Schicht des Wüstensands liegt, welcher als Rohsand 50 heranbefördert wird. Die Transportgeschwindigkeit ist dabei auf die Temperatur bzw. Wärmeenergie im Bereich der Brennlinie 24 so abgestimmt, dass die siliziumhaltigen Partikel der Sandschicht zumindest angeschmolzen werden. Im weiteren Verlauf kühlt die Sandschmelze 51 ab und anschließend wird die erstarrte Sandschmelze 51' einer Brechvorrichtung 42 zugeführt, um die verbackene Sandschicht bzw. verbackenen Sandstücke in partikelartige Bruchstücke zu zerkleinern. Die erhaltenen Bruchpartikel in dem Brechsand 52 besitzen kantige, raue Oberflächen und der erhaltene Brechsand 52 ist zur Weiterverarbeitung für die Betonherstellung gut geeignet.
3 zeigt weitere Ausgestaltungen einer Behandlungseinrichtung für die Verwertung von Wüstensand, wobei Wüstensand mittels einer Fördervorrichtung einer Konzentratorvorrichtung 1 des vorstehend beschriebenen Aufbaus zugeführt und aus der damit aufgebauten Schmelzstation weiterbefördert wird. Bei dieser Vorrichtung sind auf dem Förderband 40 der Fördervorrichtung einzelne Formteile 43 angeordnet, in die über eine Zuführeinheit 41 Wüstensand in dünner Schicht eingetragen wird. Im weiteren Verlauf wird der in der Form befindliche Wüstensand mittels der Konzentratorvorrichtung 1 aufgeschmolzen und anschließend können die erstarrten Formlinge z. B. als Platten oder Bausteine entnommen werden. Um mehrere Schichten aufeinander aufzubauen und miteinander zu verschmelzen, kann das Förderband 40 mit den Formteilen 43 z. B. hin- und her bewegt werden, wobei jedes Mal nach Auftragen einer dünnen Sandschicht auf eine zuvor erstarrte, verfestigte Schicht die aufgetragene Sandschicht aufgeschmolzen und anschließend durch Abkühlen verfestigt wird.
Bei dem in der mittleren Abbildung der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel sind entlang des Förderbands 40 mehrere Zuführeinheiten 41 und nachfolgende Konzentratorvorrichtungen 1 angeordnet, so dass bei Durchlauf in einer Richtung mehrerer Schichten zum Herstellen einer Platte oder eines Bausteins aufgetragen und verfestigt werden können, um einen geschichteten Formling 53 aus mehreren Lagen zu erhalten.
Während die Ausführung gemäß der oberen Darstellung und der mittleren Darstellung z. B. für eine größere industrielle Fertigungsanlage geeignet sind, kann für einen kleineren Betrieb eine einfachere Behandlungseinrichtung mit einer einfacheren Fördervorrichtung gemäß der unteren Darstellung der 3 geeignet sein, bei der ebenfalls eine Hin- und Her Bewegung zum Fertigen von Platten oder Bausteinen in mehreren Schichten erfolgt, wobei die Schichten nach und nach aufgetragen, mittels der Konzentratorvorrichtung 1 aufgeschmolzen und durch Abkühlen verfestigt werden, wie vorstehend beschrieben.
4 zeigt eine Behandlungseinrichtung zum Verwerten von Wüstensand mit einem mobilen bzw. manövrierfähigen Fahrgerät 6. Das Fahrgerät 6 weist ein Fahrwerk 61 mit Rädern auf, auf dem eine Tragevorrichtung 60 mit daran gehaltener Konzentratorvorrichtung 1 gelagert ist. Außer der gezeigten Sammellinse 13 umfasst die Konzentratorvorrichtung 1 vorzugsweise die im Zusammenhang mit den 1A und 1B beschriebenen weiteren Komponenten einschließlich Primärhohlspiegel und Umlenkspiegel, die in dieser Figur nicht gezeigt sind. Die Brennlinie 24 ist vorzugsweise möglichst nahe an der aufzuschmelzenden und zu verfestigenden Bodenoberfläche 30 ausgebildet, um z. B. durch wiederholtes Auftragen dünner Sandschichten und Anschmelzen derselben unter Hin- und Her Bewegen des Fahrgeräts 6 und Verfestigen der aufgeschmolzenen Schichten durch Abkühlen eine geschichtete Verfestigungsstruktur 54 zu erhalten. Die aufeinanderliegenden Schichten ergeben sich z. B. in der Natur von selbst, indem auf eine zuvor verfestigte Schicht neuer Sand aufgeweht wird. Dies kann von einer Bedienperson z. B. in einer entfernten Warte (durch entsprechende Bildübertragung mittels eines am dem Fahrgerät vorhandenen Kamerasystems) beobachtet werden oder aber aufgewehte Schichten können automatisch mittels eines Verwehungssensors erkannt werden. Der Aufbau der Verfestigungsstruktur 54 kann durch Fernsteuern des Fahrgeräts 6 über die Bedienperson oder automatisch bzw. autonom mittels einer (nicht gezeigten) Steuerungseinrichtung erfolgen.
5 zeigt eine Behandlungseinrichtung mit einem ähnlichen Fahrgerät 6 wie 4, wobei das Fahrwerk 61 mit speziellen, breiten, auf Wüstensand gut manövrierfähigen Rädern ausgestattet ist. Die Tragevorrichtung 60 und eine Sammellinse 13 der Konzentratorvorrichtung 1 sind schematisch dargestellt. Die Tragevorrichtung 60 ist auf ihrer der Sonne zugewandten Oberseite mit einer Photovoltaikeinheit 70 versehen, mittels deren elektrische Energie für den Betrieb des Fahrgeräts 6 bereitgestellt wird.
6 zeigt ein ähnliches Fahrgerät 6 wie 5, wobei weitere Komponenten der Konzentratorvorrichtung 1 entsprechend den 1A und 1B dargestellt sind, die auf einer lediglich schematisch wiedergegebenen Tragevorrichtung 60 gehalten sind.
Eine Brennlinie 24 wird im Bereich der Bodenoberfläche 30 gebildet und verläuft quer zur Bewegungsrichtung des Fahrgeräts 6, um entlang dem Fahrweg den Wüstensand streifenförmig aufzuschmelzen und zu verfestigen und durch wiederholtes Überfahren nach Aufwehen neuer Schichten eine Verfestigungsstruktur 54 aus mehreren Lagen aufzubauen. Auf diese Weise können erhöhte Strukturen über größere Wüstensandflächen erzeugt werden, um Hindernisse gegen Sandverwehungen aufzubauen. Auch hierbei kann eine zusätzliche Konzentration der Sonnenstrahlen in Längsrichtung der Brennlinie 24 erfolgen, wie vorstehend beschrieben.
Einen ähnlichen Aufbau einer Behandlungseinrichtung mit einem Fahrgerät 6 und darauf mittels einer Tragevorrichtung 60 montierten Konzentratorvorrichtung 1 zeigt auch die 7, wobei die Behandlungseinrichtung zusätzlich mit einem Verwehungssensor 80 ausgerüstet ist, um neue Sandverwehungen zu erfassen und eine automatische Steuerung des Fahrgeräts 6 mit der Konzentratorvorrichtung 1 zu bewirken und rechtzeitig das Fahrgerät 6 in Bewegung zu setzen, um die neue Sandschicht in beschriebener Weise aufzuschmelzen und zu verfestigen.
Auch die 8 zeigt eine Behandlungseinrichtung zur Verwertung von Wüstensand mit einem Fahrgerät 6 und einer darauf montierten Konzentratorvorrichtung 1 des im Zusammenhang mit den 1A und 1B beschriebenen Aufbaus beispielsweise mit genannten Abwandlungen des optischen Systems. Das Fahrgerät 6 bzw. die darauf angeordnete Tragevorrichtung 60 ist mit einer Photovoltaikeinheit 70 entsprechend den Ausführungen nach 5 und 7 ausgerüstet und zusätzlich mit einem Windgenerator 71 versehen, so dass eine Energieversorgung auch z. B. während der Dämmerung oder Dunkelstunden erfolgen kann.
Zusätzlich ist das Fahrgerät 6 mit einer Reinigungseinheit 90 ausgestattet, die beispielsweise an der Tragevorrichtung 60 angeordnet ist. Mittels der Reinigungseinheit 90, wie z. B. einem Gebläse oder Wischsystem, können z. B. Sandablagerungen oder andere Verschmutzungen beseitigt werden, die z. B. die Funktion der Konzentratorvorrichtung 1 und/oder des Fahrbetriebs und/oder der Photovoltaikeinheit 70 beeinträchtigen.
9 zeigt als Ausführungsbeispiel eine Zusatzkomponente der Behandlungseinrichtung, die z. B. an dem Fahrgerät 6 montiert werden kann. Dabei handelt es sich um eine Anhäufvorrichtung in Form eines Pflüggeräts 91, mittels dessen auf einer Bodenoberfläche 30 ausgebildete Verfestigungsstrukturen aufgerichtet werden können, so dass die Ausbreitung von Sandverwehungen unterbunden oder zumindest verlangsamt werden kann. Die verbackenen, aufgerichteten Wüstensandstrukturen bilden erhabene Hindernisse gegenüber der Umgebung und werden durch Wind nicht einfach abgetragen, sondern bilden Barrikaden gegen weitere Versandung. Damit können Anbauflächen bzw. kultivierte Flächen länger von Sand frei gehalten und nutzbar gemacht werden.
Alternativ zu dem vorstehend beschriebenen optischen System mit der Konzentratorvorrichtung 1, die zum Ausbilden einer Brennlinie 24 ausgestaltet ist, sind auch andere Ausgestaltungen der Konzentratorvorrichtung 1 zum Erzeugen der Brennlinie 24 möglich. Grundsätzlich ist dabei wesentlich, dass die Sonnenstrahlen, die zumindest näherunsweise immer parallel einfallen, von der Konzentratorvorrichtung 1 in einem Ausmaß aufgenommen werden, das ausreicht, um genügend Wärmeenergie in der Brennlinie 24 zum Aufschmelzen des Wüstensandes zu erzeugen. Unter diesen Randbedingungen kann das optische System unterschiedlich aufgebaut werden, wobei die einzuhaltenden Parameter durch Versuche auch in kleinem Rahmen z. B. im Labor oder vor Ort ermittelt werden können, beispielsweise in Abhängigkeit von der Art des Wüstensandes, dem Sonneneinfallswinkel oder der Bewegungsgeschwindigkeit des aufzuschmelzenden Wüstensandes relativ zu der Brennlinie 24.
Des Weiteren kann die Konzentratorvorrichtung 1 zur Ausbildung eines Brennpunktes ausgestaltet sein, der zur Erzeugung einer Brennlinie bzw. Schmelzlinie mittels einer Bewegungseinheit der Bewegungsvorrichtung hin und her bewegt wird. Durch die oszillierende Bewegung können z. B. mäanderförmige, wellenförmige bzw. dreieckförmige oder gitterförmige Bewegungsmuster und damit Linienmuster des aufgeschmolzenen und anschließend erstarrten Wüstensandes erzeugt werden. Dabei können die nebeneinander liegenden Linienabschnitte des aufgeschmolzenen und erstarrten Wüstensandes mehr oder weniger eng beieinanderliegend ausgebildet werden, indem z. B. das Fahrwerk 61 relativ zu der quer zur Fahrtrichtung (Transportrichtung) oszillierenden Bewegung mit mehr oder weniger hoher Geschwindigkeit vorwärts bewegt wird. Eine derartige erschmolzene und anschließend erstarrte Struktur von Wüstensand kann nahezu flächenhaft ausgebildet werden. Beim Aufrichten oder Aufeinanderschichten mehrerer Lagen derartiger Strukturen können ähnlich wie mittels einer Brennlinie geeignete Verfestigungsstrukturen erzeugt werden, mittels denen Sandverwehungen unterbunden oder verlangsamt werden können. Mittels der autonomen Steuerung mit bzw. in Abhängigkeit vorgegebener oder durch aktuelle Messungen bestimmter Parameter lässt sich das gesamte System für den jeweiligen Einsatzzweck einer gegebenen Situation entsprechend intelligent anpassen und optimieren.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102006002563 A1 [0002]
DE 102004025654 A1 [0003]
EP 1329434 B1 [0004]

Claims

Vorrichtung zum Verwerten von Wüstensand mit einer Behandlungseinrichtung, die durch eine als Erhitzungsvorrichtung dienende optische Konzentratorvorrichtung (1) gekennzeichnet ist, welche soviel Sonnenstrahlung erfasst und in einen Brennpunkt oder in eine Brennlinie (24) lenkt, dass in dieser mindestens eine Temperaturhöhe erreicht wird, die ein Aufschmelzen von in Wüstensand enthaltenen siliziumhaltigen Partikeln bewirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Bewegungsvorrichtung aufweist, mittels deren die Konzentratorvorrichtung (1) und zu behandelnder Wüstensand relativ zueinander bewegbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ausbilden der Brennlinie (24) die Konzentratorvorrichtung (1) einen die einfallenden Sonnenstrahlen (20) aufnehmenden rinnenförmigen Primärhohlspiegel (10), insbesondere in Form einer Parabolrinne oder einer dieser ähnlichen Rinne, und einen die von dem Primärhohlspiegel (10) reflektierten Sekundärstrahlen (21) aufnehmenden und weiter bündelnden Umlenkspiegel (11) aufweist, der die von ihm reflektierten Tertiärstrahlen (22) durch einen in dem Primärhohlspiegel (10), insbesondere entlang dessen Scheitellinie, vorhandenen Längsschlitz (12) in die beabstandet außerhalb des Primärhohlspiegels (10) liegende Brennlinie lenkt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Strahlengang der Tertiärstrahlen (22) eine parallel zur Längsachse des Primärhohlspiegels (10) erstreckte Sammellinse (13), insbesondere in Ausbildung als Fresnellinse, angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammellinse (13) sich in oder nahe dem Bereich des Längsschlitzes (12) erstreckt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Umlenkspiegel (11) so geformt ist, dass die Sekundärstrahlen (21) in parallele Tertiärstrahlen (22) ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungseinrichtung eine Tragevorrichtung (60) umfasst, an der die Konzentratorvorrichtung (1) gelagert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungsvorrichtung eine Fördervorrichtung zum Fördern von Wüstensand in dünner Schicht entlang einer Förderbahn aufweist und dass die Tragevorrichtung (60) mit der Konzentratorvorrichtung (1) so ausgerichtet ist, dass die Schicht die Brennlinie (24) kreuzt, wobei die Fördergeschwindigkeit so auf die Temperatur abgestimmt ist, dass ein Schmelzprozess in den siliziumhaltigen Partikeln eintritt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördervorrichtung zum Auftragen mindestens einer weiteren Schicht auf einer zuvor einem Schmelzprozess unterzogenen Schicht ausgebildet ist, um eine aus mehreren Lagen gebildete Schichtstruktur zu erhalten.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördervorrichtung Formteile (43) trägt und dass die Schicht oder die aus mehreren Lagen gebildete Schichtstruktur in Formlinge (53) segmentiert ist, die in den Formteilen transportiert werden.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungseinrichtung ein Fahrwerk (61) aufweist, an dem die Tragevorrichtung (60) mit der Konzentratorvorrichtung (1) gelagert ist und das auf der Oberfläche von Wüstensand manövrierfähig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass - bei Ausgestaltung der Konzetratorvorrichtung (1) zur Ausbildung einer Brennlinie - die Brennlinie (24) quer zur Bewegungsrichtung des Fahrwerks (61) ausgerichtet ist und im Wesentlichen in der Oberfläche des Wüstensands liegt, oder dass - bei Ausgestltung der Konzentratorvorrichtung (1) zur Ausbildung eines Brennpunkts - die Bewegungsvorrichtung zusätzlich zum Fahrwerk (61) eine den Brennpunkt osizillierend quer zur Fahrtrichtung bewegende Bewegungseinheit aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungseinrichtung zu Ihrer elektrischen Energieversorgung eine Photovoltaikeinheit (70) und/oder einen Windgenerator (71) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungseinrichtung einen Verschmutzungssensor und/oder eine Reinigungseinheit (90) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungseinrichtung eine Brechvorrichtung (42) aufweist, mittels deren durch erstarrte Schmelze verbackene Sandstücke in partikelartige Bruchstücke zerkleinerbar sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungseinrichtung einen Verwehungssensor (80) aufweist, mittels dessen Sandablagerungen gegenüber einem vorhergehenden Ausgangszustand feststellbar sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungseinrichtung eine Steuerungseinrichtung aufweist oder mit einer solchen in Datenübertragungsverbindung gebracht oder bringbar ist und dass ein Fahrbetrieb des Fahrwerks (61) mittels der Steuerungseinrichtung zeitlich oder - bei Ausbildung nach Anspruch 15 - in Abhängigkeit eines von dem Verwehungssensor (80) signalisierten Verwehungszustands steuerbar ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlungseinrichtung eine mit dem Fahrwerk (61) gekoppelte, in Fahrtrichtung hinter der Brennlinie (24) angeordnete Anhäufvorrichtung, wie insbesondere Pflüggerät, aufweist, mittels deren Streifen von verbacktem Wüstensand aufrichtbar sind.
Verfahren zum Verwerten von Wüstensand, bei dem dieser einer Behandlung zum Modifizieren seiner Eigenschaften unterzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Behandlung des Wüstensands dieser mittels einer Sonnenlicht aufnehmenden und in einem Brennpunkt oder in einer Brennlinie (24) auf der Oberfläche des Wüstensands bündelnden Konzentratorvorrichtung (1) soweit erhitzt wird, dass in ihm enthaltene siliziumhaltige Partikel zumindest in ihrem Außenbereich aufschmelzen und bei anschließendem Abkühlen zusammenbacken, und dass die Brennlinie (24) oder eine durch oszillierendes Hin- und Herbewegen des Brennpunktes erhaltene Schmelzlinie relativ zur Oberfläche des Wüstensands in dieser in einer Transportrichtung bewegt wird, wobei die Ausrichtung der Brennlinie bzw. Schmelzlinie quer zur Transportrichtung verläuft.
Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennlinie (24) mittels eines die Konzentratorvorrichtung (1) tragenden Fahrwerks (61) auf der Oberfläche des Wüstensands bewegt wird oder dass einer Behandlung zugeführter Wüstensand mittels einer Fördervorrichtung relativ zur Brennlinie (24) bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass verbackene Sandstücke durch Zerbrechen in partikelartige Bruchstücke zerkleinert werden oder dass verbackene Sandstreifen oder Streifenabschnitte schichtwiese aufeinander verfestigt werden oder dass verbackene Sandstreifen mittels einer Anhäufvorrichtung aufgerichtet werden.
Verwendung einer Vorrichtung zum Verwerten von Wüstensand nach Anspruch 1, insbesondere in Ausbildung nach einem der Ansprüche 11 bis 18, zum Aufbau eines Vennrehungsschutzes.
Verwendung einer Vorrichtung zum Verwerten von Wüstensand nach Anspruch 1, insbesondere in Ausbildung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, zum Aufbereiten und Bereitstellen von Sand für Bauzwecke.