DE102021104245A1

DE102021104245A1 - Underwater sediment outlet, underwater vehicle, watercraft and methods for reducing the spread of a sediment plume

Info

Publication number: DE102021104245A1
Application number: DE102021104245.3A
Authority: DE
Inventors: Laurenz Thomsen
Original assignee: Jacobs University gGmbH
Current assignee: Constructor University Bremen Ggmbh De
Priority date: 2020-02-24
Filing date: 2021-02-23
Publication date: 2021-08-26

Abstract

Es wird ein Unterwassersedimentauslass zum Auslassen einer Sedimentfahne einer mit Sedimentteilen versetzten Wassermenge in ein Wasservolumen mit einem Einlass, einem Mittelbereich und einem Auslass vorgeschlagen, wobei die mit Sedimentteilen versetzte Wassermenge vom Einlass mittels des Mittelbereiches zum Auslass leitbar ist, sodass die Sedimentfahne am Auslass in das Wasservolumen abgegeben wird, wobei dem Auslass ein Strömungsmanipulator zugeordnet ist, sodass mittels einem Manipulieren einer Strömung der Wassermenge zum Erhöhen der Begegnungshäufigkeit zwischen Sedimentteilen der mit Sedimentteilen versetzten Wassermenge ein Agglomerieren der Sedimentteile zu vergrößerten Sedimentteilen mit einer erhöhten Absetzgeschwindigkeit ermöglicht und/oder verstärkt und eine Ausbreitung der Sedimentfahne im freien Raum des Wasservolumens reduziert ist.An underwater sediment outlet is proposed for discharging a sediment plume of a quantity of water mixed with sediment parts into a water volume with an inlet, a central area and an outlet, the amount of water mixed with sediment parts can be guided from the inlet by means of the central region to the outlet, so that the sediment plume at the outlet into the Water volume is released, with a flow manipulator being assigned to the outlet, so that by manipulating a flow of the amount of water to increase the frequency of encounter between sediment parts of the amount of water mixed with sediment parts, agglomeration of the sediment parts into enlarged sediment parts with an increased sedimentation rate enables and / or intensifies and spreading the sediment plume in the free space of the water volume is reduced.

Description

Die Erfindung betrifft einen Unterwassersedimentauslass zum Auslassen einer Sedimentfahne einer mit Sedimentteilen versetzten Wassermenge in ein Wasservolumen mit einem Einlass, einem Mittelbereich und einem Auslass, wobei die mit Sedimentteilen versetzte Wassermenge vom Einlass mittels des Mittelbereiches zum Auslass leitbar ist, sodass die Sedimentfahne am Auslass in das Wasservolumen abgegeben wird. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Unterwasserfahrzeug mit einem solchen, ein Wasserfahrzeug mit einem solchen Unterwassersedimentauslass oder einem solchen Unterwasserfahrzeug sowie ein Verfahren zum Reduzieren einer Ausbreitung einer Sedimentfahne einer Wassermenge in einem Wasservolumen mit einem Unterwassersedimentauslass der genannten Art.The invention relates to an underwater sediment outlet for discharging a sediment plume of a quantity of water mixed with sediment parts into a water volume with an inlet, a central area and an outlet, the amount of water mixed with sediment parts can be guided from the inlet to the outlet by means of the central area, so that the sediment plume at the outlet into the Volume of water is released. The invention also relates to an underwater vehicle with such, a watercraft with such an underwater sediment outlet or such an underwater vehicle and a method for reducing the spread of a sediment plume of a water volume in a water volume with an underwater sediment outlet of the type mentioned.

In vielen Bereichen des Ozeans liegen am Meeresboden Erze in Form von Knollen, wie beispielsweise Manganknollen. Um diese abzubauen, wurden bereits Bodenunterwasserfahrzeuge vorgeschlagen, welche mit einem Sauger oder einem Saugstutzen diese Knollen aufsaugen und zumeist über eine Förderung entsprechend zu einem Oberwasserschiff verbringen oder direkt innerhalb des Unterwasserfahrzeuges abscheiden.In many areas of the ocean ores lie on the sea floor in the form of nodules, such as manganese nodules. In order to dismantle these, underwater vehicles have already been proposed which suck up these lumps with a suction device or a suction nozzle and usually transfer them to a headwaters via a conveyance or deposit them directly within the underwater vehicle.

Bei einem Ansaugen und Aufsammeln werden nicht nur die Knollen selbst, sondern auch Sedimente und Wasser mit angesaugt. Diese Sedimente werden, zumeist gemeinsam mit dem Wasser, entweder von den Knollen getrennt und am Unterwasserfahrzeug direkt über einen Auslass wieder ausgeworfen und/oder sie werden auf einem Schiff an der Wasseroberfläche abgetrennt und über eine Verbringereinrichtung, beispielsweise ein Rohr, wieder auf den Meeresboden abgelassen.When sucking and collecting, not only the tubers themselves, but also sediments and water are sucked in. These sediments, mostly together with the water, are either separated from the tubers and ejected directly from the underwater vehicle via an outlet and / or they are separated from the surface of the water on a ship and discharged back onto the sea floor via a transfer device, for example a pipe .

In jedem Fall kommt es dabei zu einer Austragung einer teils bedeutend großen Sedimentfahne innerhalb des Wassers, insbesondere in der Nähe des Meeresbodens.In any case, a sediment plume, in some cases significantly large, is carried out within the water, especially in the vicinity of the sea floor.

Aufgrund dessen, dass die Partikel der Sedimente nicht direkt auf den Meeresboden selbst abgelassen werden und sich sehr kleine Partikel innerhalb der Sedimente oder der Sedimentfahne befinden, wird eine großflächige Sedimentfahne erzeugt, welche die Umgebung mit Sedimenten versetzt und ggf. verschmutzt. Dies kann einen großen Einfluss auf die vorherrschende Fauna haben und diese Fauna sogar stören oder zerstören.Due to the fact that the particles of the sediments are not discharged directly onto the sea floor itself and that there are very small particles within the sediments or the sediment plume, a large-area sediment plume is generated, which adds sediment to the surroundings and possibly pollutes it. This can have a major impact on the prevailing fauna and even disturb or destroy that fauna.

Aufgabe der Erfindung ist es den Stand der Technik zu verbessern.The object of the invention is to improve the state of the art.

Gelöst wird die Aufgabe durch einen Unterwassersedimentauslass zum Auslassen einer Sedimentfahne einer mit Sedimentteilen versetzten Wassermenge in ein Wasservolumen mit einem Einlass, einem Mittelbereich und einem Auslass, wobei die mit Sedimentteilen versetzte Wassermenge vom Einlass mittels des Mittelbereiches zum Auslass leitbar ist, sodass die Sedimentfahne am Auslass an das Wasservolumen abgegeben wird, wobei dem Auslass ein Strömungsmanipulator zugeordnet ist, sodass mittels einem Manipulieren einer Strömung der Wassermenge zum Erhöhen der Begegnungshäufigkeit zwischen Sedimentteilen der mit Sedimentteilen versetzten Wassermenge ein Agglomerieren der Sedimentteile zu vergrößerten Sedimentteilen mit einer erhöhten Absetzgeschwindigkeit ermöglicht und/oder verstärkt und eine Ausbreitung der Sedimentfahne im freien Raum des Wasservolumens damit reduziert ist.The object is achieved by an underwater sediment outlet for discharging a sediment plume of a quantity of water mixed with sediment parts into a water volume with an inlet, a central area and an outlet, wherein the amount of water mixed with sediment parts can be guided from the inlet to the outlet by means of the central area, so that the sediment plume at the outlet is delivered to the water volume, wherein the outlet is assigned a flow manipulator, so that by manipulating a flow of the amount of water to increase the frequency of encounter between sediment parts of the amount of water mixed with sediment parts, agglomeration of the sediment parts into enlarged sediment parts with an increased sedimentation speed enables and / or intensifies and a spread of the sediment plume in the free space of the water volume is thus reduced.

Ein solcher Strömungsmanipulator innerhalb des Unterwassersedimentauslasses sorgt dafür, dass die Begegnungshäufigkeit zwischen Sedimentteilen derart erhöht ist, dass ein Agglomerieren der Sedimentteile zu vergrößerten Sedimentteilen ermöglicht und/oder verstärkt wird und damit die agglomerierten und damit vergrößerten Sedimentteile sich deutlich schneller im Wasser absetzen und dadurch die Sedimentfahne deutlich reduziert wird.Such a flow manipulator within the underwater sediment outlet ensures that the frequency of encounter between sediment parts is increased in such a way that agglomeration of the sediment parts into enlarged sediment parts is made possible and / or strengthened and thus the agglomerated and thus enlarged sediment parts settle in the water much more quickly and thus the sediment plume is significantly reduced.

Folgende Begriffe seien an dieser Stelle erläutert:The following terms are explained at this point:

Ein „Auslassen einer Sedimentfahne“ beschreibt jedes Ausbringen einer entsprechenden Wassermenge oder Flüssigkeitsmenge mit darin enthaltenen Sedimentteilen, beispielsweise durch ein Auslassrohr, mittels Pumpen oder durch Schwerkraft oder Konvektion.“Leaving out a sediment plume” describes each discharge of a corresponding amount of water or liquid with sediment parts contained therein, for example through an outlet pipe, by means of pumps or by gravity or convection.

Eine „Sedimentfahne“ beschreibt dabei die erkennbare oder nicht erkennbare Menge an Sedimentteilen innerhalb einer Wassermenge, welche eine relativ geschlossene Einheit bildet und beispielsweise das Einstrahlen von Sonnenlicht oder Licht verhindert oder eine Transparenz im Wasser und/oder insbesondere an dem Meeresboden herabsetzt. Eine solche Sedimentfahne behindert beispielsweise die biologische Aktivität am Meeresboden nachhaltig.A “sediment plume” describes the recognizable or non-recognizable amount of sediment parts within an amount of water, which forms a relatively closed unit and, for example, prevents sunlight or light from shining in or reduces transparency in the water and / or in particular on the seabed. Such a sediment plume, for example, has a lasting effect on biological activity on the sea floor.

„Sedimentteile‟ sind beispielsweise mineralische oder auch biologische Teile oder Teilchen, welche in einer entsprechenden Wassermenge, zumeist als Schwebstoffe, enthalten sind.“Sediment parts” are, for example, mineral or biological parts or particles that are contained in a corresponding amount of water, mostly as suspended matter.

Ein „Wasservolumen“ beschreibt hier beispielsweise das offene Meer, ein Wasservolumen innerhalb eines Teiches oder einer sonstigen Wasseransammlung, insbesondere einer natürlichen Wasseransammlung.A “water volume” here describes, for example, the open sea, a water volume within a pond or some other accumulation of water, in particular a natural accumulation of water.

Ein „Einlass“ ist beispielsweise ein Übergang von einem Unterwasserfahrzeug oder einem Sammelroboter in Richtung des Unterwassersedimentauslasses, wobei in den Einlass insbesondere die Wassermenge eingebracht und dem Unterwassersedimentauslass zugeführt wird.An “inlet” is, for example, a transition from an underwater vehicle or a Collecting robot in the direction of the underwater sediment outlet, wherein in particular the amount of water is introduced into the inlet and fed to the underwater sediment outlet.

Ein „Mittelbereich“ ist beispielsweise der Bereich des Unterwassersedimentauslasses, in welchem die Wassermenge geführt und in Richtung des Auslasses geleitet wird.A “middle area” is, for example, the area of the underwater sediment outlet in which the amount of water is guided and directed in the direction of the outlet.

Ein „Auslass“ ist beispielsweise der Bereich des Unterwassersedimentauslasses, aus welchem die Wassermenge mit der Sedimentfahne in das Wasservolumen abgegeben wird.An “outlet” is, for example, the area of the underwater sediment outlet from which the amount of water with the sediment plume is released into the water volume.

Ein „Strömungsmanipulator“ kann jede technische Einrichtung sein, welche die Strömung der Wassermenge beeinflusst. Im einfachsten Fall ist ein Solcher Strömungsmanipulator Teil eines Rohres, welches der Strömung der Wassermenge einen laminaren oder turbulenten Fluss aufprägt. Weiterhin kann ein solcher Strömungsmanipulator auch Leitschaufeln, Leitflächen oder eine besondere geometrische Ausprägung des Mittelbereichs und/oder des Auslasses umfassen.A “flow manipulator” can be any technical device that influences the flow of the amount of water. In the simplest case, such a flow manipulator is part of a pipe which imposes a laminar or turbulent flow on the flow of the amount of water. Furthermore, such a flow manipulator can also include guide vanes, guide surfaces or a particular geometric configuration of the central region and / or the outlet.

Ein „Manipulieren einer Strömung“ beschreibt dabei beispielsweise ein Verändern der jeweiligen Strömung in Richtung, Größe einer Turbulenz oder größeren Laminarität.“Manipulating a flow” describes, for example, changing the respective flow in the direction, size of turbulence or greater laminarity.

Eine „Begegnungshäufigkeit“ ist beispielsweise eine statistische Größe, welche die Häufigkeit einer Begegnung einzelner Sedimentteile innerhalb der Wassermenge beschreibt. Eine solche Begegnungshäufigkeit kann dabei beispielsweise in Begegnungen pro Sekunde und Kubikzentimeter oder auch in Abhängigkeit von strömungstechnischen Angaben, wie beispielsweise einer Turbulenz, angegeben werden. Eine solche Begegnungshäufigkeit schließt dabei nicht nur einen physischen Kontakt zwischen einzelnen Sedimentteilen, sondern explizit auch deren Annäherung bis auf eine Nähe, welche ein Agglomerieren begünstigt oder auslöst, ein.A “frequency of encounter” is, for example, a statistical parameter that describes the frequency of an encounter between individual sediment parts within the amount of water. Such a frequency of encounter can be specified, for example, in terms of encounters per second and cubic centimeter or also as a function of flow-related information, such as turbulence. Such a frequency of encounter includes not only physical contact between individual sediment parts, but also explicitly their approach, except for proximity that favors or triggers agglomeration.

Ein „Agglomerieren“ beschreibt beispielsweise ein Anhaften oder Zusammensetzen verschiedener Sedimentteile zu vergrößerten Sedimentteilen, wobei dieses Agglomerieren sowohl physikalisch, chemisch als auch biologisch erfolgen kann.An “agglomeration” describes, for example, the adherence or assembly of different sediment parts to form enlarged sediment parts, whereby this agglomeration can take place physically, chemically as well as biologically.

Eine „Absetzgeschwindigkeit“ beschreibt eine Geschwindigkeit, in welcher sich Sedimentteile und/oder vergrößerte Sedimentteile innerhalb der Wassermenge beispielsweise in Richtung eines Meeresbodens absetzen. Diese Absetzgeschwindigkeit ist in starkem Maße davon abhängig, welche Größe die Sedimentteile im Vergleich zur umgebenden Wassermenge haben. Größere Sedimentteile weisen dabei in der Regel eine erhöhte Absetzgeschwindigkeit gegenüber kleineren Sedimentteilen auf.A “settling speed” describes a speed at which sediment parts and / or enlarged sediment parts settle within the amount of water, for example in the direction of a seabed. This sedimentation rate depends to a large extent on the size of the sediment parts compared to the surrounding water volume. Larger sediment parts usually have an increased sedimentation rate compared to smaller sediment parts.

Eine „Ausbreitung der Sedimentfahne“ beschreibt beispielsweise ein Phänomen, nach welchem eine Sedimentfahne mit sehr feinen Partikeln sich sehr langsam absetzt, insbesondere auf dem Meeresboden, sodass durch Strömung, Turbulenzen oder Einflüsse des Betriebs beispielsweise eines Wasserfahrzeuges diese Sedimentfahne an einem Meeresboden oder einem anderen Bereich weit getragen wird.A "spread of the sediment plume" describes, for example, a phenomenon according to which a sediment plume with very fine particles settles very slowly, especially on the sea floor, so that this sediment plume on a sea floor or another area due to currents, turbulence or influences from the operation of a watercraft, for example is carried far.

Der „freie Raum“ des Wasservolumens beschreibt hierbei einen relativ begrenzten, jedoch nicht physisch abgeschlossenen Raum innerhalb des Wasservolumens, welcher den Unterwassersedimentauslass sowie einen entsprechenden Arbeitsbereich umgibt.The “free space” of the water volume describes a relatively limited, but not physically closed space within the water volume, which surrounds the underwater sediment outlet and a corresponding work area.

Um den Unterwassersedimentauslass besonders wirksam zu gestalten, weist der Strömungsmanipulator einen Behälter, zwei Behälter oder weitere Behälter zum zeitweiligen Aufnehmen der mit Sedimentteilen versetzten Wassermenge auf, wobei insbesondere ein Strömungsquerschnitt zum Leiten der mit Sedimentteilen versetzten Wassermenge zwischen den jeweiligen Behältern verengt und/oder in dem Behälter oder den Behältern aufgeweitet ist.In order to make the underwater sediment outlet particularly effective, the flow manipulator has a container, two containers or further containers for temporarily receiving the amount of water mixed with sediment parts, wherein in particular a flow cross-section for guiding the amount of water mixed with sediment parts narrows between the respective containers and / or in the Container or the containers is expanded.

Ein „Behälter“ ist dabei beispielsweise ein vollständig oder teilweise geschlossener Hohlraum, welcher eine entsprechende Wassermenge aufnehmen und auch wieder abgeben kann. Ein solcher Behälter kann dabei beispielsweise einen Zulauf und einen Ablauf aufweisen, sodass der Behälter durch den Zulauf befüllt und durch den Ablauf entleert werden kann.A “container” is, for example, a completely or partially closed cavity which can hold a corresponding amount of water and also release it again. Such a container can for example have an inlet and an outlet, so that the container can be filled through the inlet and emptied through the outlet.

Ein „Strömungsquerschnitt“ ist dabei der wirksame Querschnitt, durch welchen eine entsprechende Wassermenge hindurchströmt.A “flow cross section” is the effective cross section through which a corresponding amount of water flows.

Ist der entsprechende Strömungsquerschnitt zwischen den jeweiligen Behältern verengt und/oder in dem Behälter oder den Behältern aufgeweitet, so wird allein durch diese Geometrie schon ein Beeinflussen der Strömung derart erreicht, dass in dem Behälter oder den Behältern ein Reduzieren der Strömungsgeschwindigkeit eintritt und damit ein Absetzten und/oder Agglomerieren der entsprechenden Sedimentteile begünstigt ist.If the corresponding flow cross-section between the respective containers is narrowed and / or widened in the container or containers, this geometry alone already influences the flow in such a way that the flow velocity is reduced in the container or containers and thus sedimentation occurs and / or agglomeration of the corresponding sediment parts is favored.

In einer Ausführungsform weist der Strömungsmanipulator und/oder der jeweilige Behälter einen elastischen Wandbereich auf, sodass mittels eines insbesondere wiederkehrenden Verformens des elastischen Wandbereichs durch die Strömung der Wassermenge die Turbulenz der Strömung der Wassermenge erhöht oder die Strömungsgeschwindigkeit der Wassermenge zeitweilig reduziert ist.In one embodiment, the flow manipulator and / or the respective container has an elastic wall area, so that by means of a particularly recurring deformation of the elastic wall area by the flow of the amount of water, the turbulence of the flow of the The amount of water is increased or the flow rate of the amount of water is temporarily reduced.

Ein „elastischer Wandbereich“ kann dabei beispielsweise ein aus einem Elastomer gebildeter Wandbereich des jeweiligen Behälters sein. Beispielsweise ist der Behälter dabei als elastisches Gebilde, beispielsweise als Ballontank oder Ballonbehälter ausgebildet.An “elastic wall area” can be, for example, a wall area of the respective container formed from an elastomer. For example, the container is designed as an elastic structure, for example as a balloon tank or balloon container.

Ein entsprechendes wiederkehrendes Verformen des elastischen Wandbereichs oder des vollständigen jeweiligen Behälters führt dabei zu einem Erhöhen der Turbulenz, einer Art „Pumpen“ innerhalb der Wassermenge und damit zu einer verstärkten Agglomeration der sich häufiger begegnenden Sedimentteile.A corresponding recurring deformation of the elastic wall area or the complete respective container leads to an increase in the turbulence, a kind of "pumping" within the amount of water and thus to an increased agglomeration of the sediment parts that meet more frequently.

Weiterhin wird durch ein Erhöhen des Volumens des jeweiligen Behälters, beispielsweise durch ein elastisches Expandieren während dessen Auffüllens, die Strömungsgeschwindigkeit der Wassermenge zeitweilig deutlich reduziert.Furthermore, by increasing the volume of the respective container, for example by elastic expansion while it is being filled, the flow rate of the amount of water is temporarily reduced significantly.

Um einen entsprechend ausgestalteten Unterwassersedimentauslass besonders effizient und wirksam nutzen zu können, ist die Strömung der Wassermenge mittels eines Ventils beeinflussbar und/oder schaltbar, sodass insbesondere in Abhängigkeit von einem erfolgten Agglomerieren der Sedimentteile ein Einströmen und/oder Ausströmen der mit Sedimentteilen versetzten Wassermenge die Strömungsgeschwindigkeit gesteuert und/oder geschaltet ist. Damit kann beispielsweise das Ventil geschlossen werden, sodass eine entsprechende mit Sediment versetzte Wassermenge sich innerhalb des Unterwassersedimentauslasses oder eines jeweiligen Behälters aufstaut und damit ein Agglomerieren der Sedimentteile begünstigt wird. Insbesondere erfolgt dann in Abhängigkeit von einem mittels eines Trübungssensors ermittelten Trübungswertes ein Steuern, Regeln und/oder Schalten des jeweiligen Ventils. So kann beispielsweise bei Erreichen eines bestimmten Trübungsgrades der Wassermenge, welche mit Eigenschaften der Sedimentteile korreliert, das Ventil geöffnet und die so reduzierte Sedimentfahne beispielsweise ins Meer entlassen werden.In order to be able to use a correspondingly designed underwater sediment outlet particularly efficiently and effectively, the flow of the amount of water can be influenced and / or switched by means of a valve, so that, in particular, depending on the agglomeration of the sediment parts, an inflow and / or outflow of the amount of water mixed with sediment parts increases the flow speed is controlled and / or switched. In this way, for example, the valve can be closed so that a corresponding amount of water mixed with sediment builds up inside the underwater sediment outlet or a respective container and agglomeration of the sediment parts is thus promoted. In particular, the respective valve is then controlled, regulated and / or switched as a function of a turbidity value determined by means of a turbidity sensor. For example, when the amount of water that correlates with the properties of the sediment parts reaches a certain degree of turbidity, the valve can be opened and the sediment plume thus reduced, for example, can be released into the sea.

Wird ein solches Ventil an einem Behälter mit einem elastischen Wandbereich oder an einem elastischen Behälter eingesetzt, so ist der Behälter in der Lage, auch große Mengen des mit den Sedimentteilen versetzten Wassers aufzunehmen und zeitweilig zu speichern. Damit wird eine Verweilzeit erhöht und ein Agglomerieren der Sedimentteile weiterhin begünstigt.If such a valve is used on a container with an elastic wall area or on an elastic container, then the container is able to receive and temporarily store large amounts of the water mixed with the sediment parts. This increases the dwell time and agglomeration of the sediment parts continues to be favored.

Ein „Ventil“ kann dabei jede Einrichtung sein, welche den Fluss der Wassermenge und/oder einer Strömung der Wassermenge beeinflussen und/oder schalten kann. Im einfachsten Fall ist ein solches Ventil eine mittels eines Seils oder eines Bandes geschaffene beeinflussbare Verengung und/oder Einschnürung des Unterwassersedimentauslasses. Weiterhin kann das Ventil aber auch als Kugelhahn, als gesteuerte Froschklappe oder beispielsweise als Schieber ausgeführt sein. Insbesondere ist dabei das Ventil in seiner Bauart an die robuste Einsatzumgebung unter Wasser angepasst.A “valve” can be any device that can influence and / or switch the flow of the amount of water and / or a flow of the amount of water. In the simplest case, such a valve is an influenceable constriction and / or constriction of the underwater sediment outlet created by means of a rope or a band. Furthermore, the valve can also be designed as a ball valve, as a controlled frog flap or, for example, as a slide. In particular, the design of the valve is adapted to the robust application environment under water.

Ein „Trübungssensor“ kann dabei jede Einrichtung sein, welche eine Trübung und/oder das Vorhandensein von Sedimentteilen innerhalb der Wassermenge detektieren kann. Weiterhin kann der Trübungssensor auch dazu dienen, eine entsprechende Größe von Sedimentteilen direkt oder indirekt zu bestimmen. Ein solcher Trübungssensor kann dabei beispielsweise eine Kamera mit einer entsprechenden Bilderauswertung, ein kapazitiver oder auch optischer Sensor, beispielsweise ein Lichtschnittsensor oder eine Lichtschranke, sein.A “turbidity sensor” can be any device that can detect turbidity and / or the presence of sediment parts within the amount of water. Furthermore, the turbidity sensor can also be used to determine a corresponding size of sediment parts directly or indirectly. Such a turbidity sensor can be, for example, a camera with a corresponding image evaluation, a capacitive or also optical sensor, for example a light section sensor or a light barrier.

Ein „Trübungswert“ ist dabei der einer Trübung entsprechende Wert, welcher vom Trübungssensor ausgegeben wird. Dieser Trübungswert kann dabei ein Spannungsäquivalent einer Sensorausgabe, beispielsweise für die weitere elektronischer Verarbeitung in einem übergeordneten System, sein.A “turbidity value” is the value corresponding to a turbidity, which is output by the turbidity sensor. This turbidity value can be a voltage equivalent of a sensor output, for example for further electronic processing in a higher-level system.

In einer Ausführungsform weist der Strömungsmanipulator eine Einrichtung zum Erhöhen oder Erniedrigen einer Turbulenz der Strömung auf, insbesondere ein Leitkörper und/oder eine Leitgeometrie zum Erhöhen oder Erniedrigen der Turbulenz.In one embodiment, the flow manipulator has a device for increasing or decreasing a turbulence in the flow, in particular a guide body and / or a guide geometry for increasing or decreasing the turbulence.

Mittels einer solchen Einrichtung zum Erhöhen einer Turbulenz kann besonders einfach die Begegnungshäufigkeit entsprechender Sedimentteile zusätzlich oder alleinig erhöht werden.By means of such a device for increasing turbulence, the frequency of encounter of corresponding sediment parts can be increased in addition or alone in a particularly simple manner.

Eine solche „Einrichtung zum Erhöhen einer Turbulenz“ kann dabei ein Leitkörper, eine Finne oder auch die Ausgestaltung einer Wandgeometrie des Auslasses oder eines anderen Bauteils des Unterwassersedimentauslasses sein.Such a “device for increasing turbulence” can be a guide body, a fin or the configuration of a wall geometry of the outlet or of another component of the underwater sediment outlet.

Um die Begegnungshäufigkeit der Sedimentteile noch zusätzlich zu steigern, umfasst der Strömungsmanipulator eine Aufweitung eines Querschnittes in Strömungsrichtung zwischen Einlass und Auslass und/oder im Auslass, sodass eine Strömungsgeschwindigkeit der Wassermenge im Auslass gegenüber einer Strömungsgeschwindigkeit der Wassermenge am Einlass herabgesetzt ist.In order to further increase the frequency of encounter of the sediment parts, the flow manipulator includes a widening of a cross section in the direction of flow between inlet and outlet and / or in the outlet, so that a flow speed of the amount of water in the outlet is reduced compared to a flow speed of the amount of water at the inlet.

In einer weiteren Ausführungsform ist der Auslass senkrecht zum Boden des Wasservolumens angeordnet, wobei insbesondere ein Auslassquerschnitt des Auslasses parallel zum Boden des Wasservolumens angeordnet ist.In a further embodiment, the outlet is arranged perpendicular to the bottom of the water volume, in particular a Outlet cross-section of the outlet is arranged parallel to the bottom of the water volume.

Ein derart angeordneter Auslass führt dazu, dass die Wassermenge, welche in das Wasservolumen entlassen wird, senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht auf den das Wasservolumen begrenzenden Boden auftrifft und deren Strömungsgeschwindigkeit damit herabgesetzt wird. Damit wird zusätzliche Zeit geschaffen, in welcher Begegnungen zwischen Sedimentteilen zum Agglomerieren stattfinden können.An outlet arranged in this way leads to the fact that the amount of water which is released into the water volume strikes the floor delimiting the water volume perpendicularly or essentially perpendicularly and its flow velocity is thus reduced. This creates additional time in which encounters between sediment parts for agglomeration can take place.

Um ein Agglomerieren der Sedimentteile zusätzlich zu verbessern und zu verstärken, kann der Unterwassersedimentauslass ein Zuführmittel zum Zuführen eines Hilfsstoffs zum Verbessern der Eigenschaften der Sedimentfahne aufweisen.In order to additionally improve and intensify agglomeration of the sediment parts, the underwater sediment outlet can have a supply means for supplying an auxiliary substance for improving the properties of the sediment plume.

Ein solches „Zuführmittel“ führt einen Hilfsstoff in die Sedimentfahne und/oder die Wassermenge ein, sodass der Hilfsstoff ein Agglomerieren der Sedimentteile begünstigt. Weiterhin kann der Hilfsstoff dazu dienen, biologische Eigenschaften, beispielsweise eines Meeresbodens, zu verbessern oder durch Bearbeitung erzeugte Nachteile abzumindern.Such a “feed means” introduces an auxiliary substance into the sediment plume and / or the amount of water, so that the auxiliary substance favors agglomeration of the sediment parts. Furthermore, the adjuvant can serve to improve biological properties, for example of a seabed, or to reduce disadvantages caused by processing.

Ein „Zuführmittel“ kann dabei jede geeignete Einrichtung sein, welche den Hilfsstoff alleinig oder auch beispielsweise in einer weiteren Wassermenge gelöst, in den Unterwassersedimentauslass zuführen kann.A “supply means” can be any suitable device which can supply the auxiliary substance alone or also, for example, dissolved in a further amount of water, into the underwater sediment outlet.

Ein Solcher „Hilfsstoff“ ist dabei beispielsweise ein Polysaccharid oder auch eine Alge. Es hat sich überraschend herausgestellt, dass insbesondere diese Stoffe, nämlich Polysaccharide und/oder Algen, ein Vergrößern der Sedimentteile durch Agglomerieren begünstigen und damit die Absetzgeschwindigkeit der Sedimentteile deutlich gesteigert werden.Such an “auxiliary” is, for example, a polysaccharide or an alga. It has surprisingly been found that these substances in particular, namely polysaccharides and / or algae, promote enlargement of the sediment parts by agglomeration and thus the settling speed of the sediment parts are significantly increased.

Solche Hilfsstoffe, wie beispielsweise Polysaccharide oder Algen können dabei insbesondere in der Umgebung eines entsprechenden Abbaugebietes für beispielsweise Manganknollen direkt aus dem Meer entnommen, filtriert und dann der Sedimentfahne wieder zugeführt werden.Such auxiliaries, such as polysaccharides or algae, can be taken directly from the sea, filtered and then fed back into the sediment plume, especially in the vicinity of a corresponding mining area for manganese nodules, for example.

In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Unterwasserfahrzeug mit einem Unterwassersedimentauslass gemäß einer Ausführungsform oder mehreren der beschriebenen Ausführungsformen.In a further aspect, the object is achieved by an underwater vehicle with an underwater sediment outlet according to one embodiment or more of the described embodiments.

Die Ausbreitung einer entsprechenden Sedimentfahne eines solchen Unterwasserfahrzeuges wird damit deutlich reduziert und ein Einfluss auf die Umwelt, welcher beispielsweise zu Umweltschäden führt, kann durch das Unterwasserfahrzeug deutlich verringert werden.The spread of a corresponding sediment plume of such an underwater vehicle is thus significantly reduced and an influence on the environment, which for example leads to environmental damage, can be significantly reduced by the underwater vehicle.

In einer Ausführungsform weist das Unterwasserfahrzeug eine Einrichtung zum Aufnehmen von in der Wassermenge befindlichen Rohstoffen von einem das Wasservolumen begrenzenden Boden sowie eine Einrichtung zum Abscheiden der Rohstoffe aus der Wassermenge auf.In one embodiment, the underwater vehicle has a device for picking up raw materials contained in the water volume from a soil delimiting the water volume, as well as a device for separating the raw materials from the water volume.

Damit kann das Unterwasserfahrzeug entsprechende Rohstoffe beispielsweise vom Meeresboden aufnehmen und abscheiden und damit nutzbar machen und trotzdem seinen Einfluss auf beispielsweise das biologische Gleichgewicht des Meeresbodens deutlich reduzieren.In this way, the underwater vehicle can absorb and separate corresponding raw materials from the seabed, for example, and thus make them usable and nevertheless significantly reduce its influence on, for example, the biological balance of the seabed.

In einer weiteren Ausführungsform ist dabei der Auslass in einem Abstand von weniger als zwei Metern, insbesondere weniger als einem Meter, beispielsweise weniger als 50 Zentimeter von einem das Wasservolumen begrenzenden Boden angeordnet, wobei der Abstand insbesondere mittels eines auf dem Boden angrenzenden Führungsmittels, beispielsweise eines Rades und/oder einer Kufe einstellbar ist.In a further embodiment, the outlet is arranged at a distance of less than two meters, in particular less than one meter, for example less than 50 centimeters, from a floor delimiting the water volume, the distance being in particular by means of a guide means adjoining the floor, for example a Wheel and / or a runner is adjustable.

Durch diese Anordnung wird ein Absetzweg der entsprechenden Sedimentteile schon aus geometrischen Gegebenheiten stark reduziert, sodass eine Ausbreitung der Sedimentfahne auf ein notwendiges Minimum reduziert ist.Due to this arrangement, a sedimentation path of the corresponding sediment parts is greatly reduced due to geometrical conditions, so that the spread of the sediment plume is reduced to a necessary minimum.

Der „das Wasservolumen begrenzende Boden“ ist dabei beispielsweise der Meeresboden, der Boden eines Sees oder der Boden einer anderen natürlichen oder künstlichen Wasserfläche.The “soil that limits the water volume” is, for example, the sea floor, the floor of a lake or the floor of another natural or artificial body of water.

In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Wasserfahrzeug mit einem Unterwassersedimentauslass gemäß einer der vorherig beschriebenen Ausführungsformen und/oder einem Unterwasserfahrzeug gemäß einer der vorherig beschriebenen Ausführungsformen.In a further aspect, the object is achieved by a watercraft with an underwater sediment outlet according to one of the previously described embodiments and / or an underwater vehicle according to one of the previously described embodiments.

Ein solches Wasserfahrzeug, beispielsweise ein Schiff, ein Fabrikschiff oder ein Sammelschiff kann dabei entweder ein Unterwasserfahrzeug steuern und/oder führen, welches einen erfindungsgemäßen Unterwassersedimentauslass aufweist oder von einem Unterwasserfahrzeug eine entsprechende Menge von Wasser mit den gewünschten Rohstoffen sowie Sedimentteilen aufnehmen, verarbeiten, den Rohstoff abscheiden und dann die Sedimentmenge mit einer entsprechenden Wassermenge durch einen Unterwassersedimentauslass wieder in Richtung des Meeresbodens entlassen.Such a watercraft, for example a ship, a factory ship or a collecting ship, can either steer and / or guide an underwater vehicle which has an underwater sediment outlet according to the invention or take up a corresponding amount of water with the desired raw materials and sediment parts from an underwater vehicle, process the raw material and then release the amount of sediment with a corresponding amount of water through an underwater sediment outlet towards the seabed.

In einer Ausführungsform ist der Auslass dabei in einem Abstand von weniger als zwei Metern, insbesondere weniger als einem Meter, beispielsweise weniger als 50 Zentimeter von dem das Wasservolumen begrenzenden Boden angeordnet, wobei der Abstand insbesondere mittels eines auf dem Boden angrenzenden Führungsmittels, beispielsweise eines Rades und/oder einer Kufe, einstellbar ist.In one embodiment, the outlet is at a distance of less than two meters, in particular less than one meter, for example less than 50 centimeters, from the floor delimiting the water volume, the distance being adjustable in particular by means of a guide means adjacent to the floor, for example a wheel and / or a runner.

In einem weiteren Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zum Reduzieren einer Ausbreitung einer Sedimentfahne einer Wassermenge in einem Wasservolumen mit einem Unterwassersedimentauslass gemäß einer der beschriebenen Ausführungsformen mit den folgenden Schritten:

- Zuführen der mit Sedimentteilen versetzten Wassermenge in den Einlass des Unterwassersedimentauslasses, sodass die mit Sedimentteilen versetzte Wassermenge durch den Unterwassersedimentauslass geleitet wird,
- Agglomerieren der Sedimentteile zu vergrößerten Sedimentteilen mit erhöhter Absetzgeschwindigkeit, sodass vergrößerte Sedimentteile mit erhöhter Absetzgeschwindigkeit in der Wassermenge vorliegen,
- Abführen der Wassermenge mit den vergrößerten Sedimentteilen mit erhöhter Absetzgeschwindigkeit in das Wasservolumen,

sodass mittels der vergrößerten Sedimentteile mit erhöhter Absetzgeschwindigkeit die Ausbreitung der Sedimentfahne im Wasservolumen reduziert ist.In a further aspect, the object is achieved by a method for reducing a spreading of a sediment plume of a quantity of water in a water volume with an underwater sediment outlet according to one of the described embodiments with the following steps:

- feeding the amount of water mixed with sediment parts into the inlet of the underwater sediment outlet, so that the water amount mixed with sediment parts is passed through the underwater sediment outlet,
- Agglomeration of the sediment parts into enlarged sediment parts with increased sedimentation speed, so that enlarged sediment parts with increased sedimentation speed are present in the amount of water,
- Discharge of the amount of water with the enlarged sediment parts with increased settling speed into the water volume,

so that by means of the enlarged sediment parts with increased settling speed, the spread of the sediment plume in the water volume is reduced.

Ein solches Verfahren stellt sicher, dass ein sogenannter „Fußabdruck“, also ein biologischer oder anderweitig der Umwelt relevanter Einfluss, maßgeblich reduziert ist. Insbesondere kann ein solches Verfahren beim Abbau von Rohstoffen auf dem Meeresboden vorteilhaft angewandt werden.Such a procedure ensures that a so-called “footprint”, ie a biological or other environmental impact, is significantly reduced. In particular, such a method can advantageously be used in the mining of raw materials on the seabed.

In einer Ausführungsform wird der mit den Sedimentteilen versetzten Wassermenge ein Hilfsstoff, insbesondere ein Hilfsstoff zum Erhöhen der biologischen Aktivität, der mit den Sedimentteilen versetzten Wassermenge zugeführt, wobei der Hilfsstoff insbesondere aus dem Wasservolumen aufgenommen und abgeschieden wird.In one embodiment, the amount of water mixed with the sediment parts is supplied with an adjuvant, in particular an auxiliary material for increasing the biological activity, with the amount of water mixed with the sediment parts, the auxiliary material being absorbed and deposited in particular from the water volume.

Ein solcher „Hilfsstoff“ ist dabei insbesondere eine Menge von Polysacchariden und/oder Algen, bei denen sich überraschend gezeigt hat, dass diese die biologische Aktivität und ein Agglomerieren der Sedimentteile deutlich begünstigen.Such an “auxiliary” is, in particular, a quantity of polysaccharides and / or algae, in which it has surprisingly been shown that these clearly promote the biological activity and agglomeration of the sediment parts.

Im Weiteren wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Es zeigen

1 eine schematische Darstellung eines Sedimentauslasses,
2 eine schematische Darstellung eines Sedimentauslasses mit einem Ventil,
3 eine schematische Darstellung eines Sedimentauslasses mit mehreren Kammern,
4 ein Sammelroboter zum Aufnehmen von Rohstoffen vom Meeresboden mit einem Sedimentauslass,
5 eine schematische Darstellung eines Fabrikschiffes mit einem Sammelroboter zum Aufnehmen von Rohstoffen von einem Meeresboden, sowie
6 ein Ablaufschema eines Verfahrens zum Reduzieren einer Sedimentfahne.

The invention is explained below on the basis of exemplary embodiments. Show it

1 a schematic representation of a sediment outlet,
2 a schematic representation of a sediment outlet with a valve,
3 a schematic representation of a sediment outlet with several chambers,
4th a collecting robot for picking up raw materials from the seabed with a sediment outlet,
5 a schematic representation of a factory ship with a collecting robot for picking up raw materials from a seabed, and
6th a flow chart of a method for reducing a sediment plume.

Ein Sedimentauslass 101 weist ein Zulaufrohr 105, eine Anschlusskammer 107 sowie einen Auslass 109 auf. Eine Wassermenge durchfließt dem Sedimentauslass 101 entlang einer Fließrichtung 151. Wasser mit darin enthaltenem Sediment fließt demnach durch das Zulaufrohr 105 in die Anschlusskammer 107 und dann in den Auslass 109.A sediment outlet 101 has an inlet pipe 105 , a connection chamber 107 as well as an outlet 109 on. A quantity of water flows through the sediment outlet 101 along a flow direction 151 . Water with the sediment it contains therefore flows through the inlet pipe 105 into the connection chamber 107 and then into the outlet 109 .

Der Auslass 109 weist eine Wandung 110 auf, welche aus einem elastischen Material, nämlich einem elastischen Gummischlauch gebildet ist. Am Ende des Auslasses 109 wird die entsprechende Wassermenge mit Sediment wieder ausgeleitet, beispielsweise in das freie Meerwasser.The outlet 109 has a wall 110 which is formed from an elastic material, namely an elastic rubber hose. At the end of the outlet 109 the corresponding amount of water is discharged again with sediment, for example into the open sea water.

Ein Sedimentauslass 201 weist einen Zulaufrohr 205, einen Behälter 207 sowie einen Auslass 209 auf. Am Behälter 207 ist ein Ventil 208 so angeordnet, dass das Ausfließen einer Wassermenge entlang einer Fließrichtung 251 in den Auslass 209 mittels des Ventils 208 gesteuert werden kann.A sediment outlet 201 has an inlet pipe 205 , a container 207 as well as an outlet 209 on. On the container 207 is a valve 208 arranged so that the outflow of a quantity of water along a flow direction 251 into the outlet 209 by means of the valve 208 can be controlled.

Der Auslass 209 weist wie der Auslass 109 des Sedimentauslasses 101 eine Wandung 210 aus elastischem Gummi auf. An einer Öffnung 211 wird die Wassermenge dann wieder in das freie Meerwasser entlassen.The outlet 209 points like the outlet 109 of the sediment outlet 101 a wall 210 made of elastic rubber. At an opening 211 the amount of water is then released back into the open sea water.

Ein Sedimentauslass 301 weist ein Zulaufrohr 305 zum Hinzuführen der Wassermenge mit dem Sediment entlang einer Fließrichtung 351 auf. Weiterhin weist der Sedimentauslass 301 eine elastische Kammer 307, eine elastische Kammer 308 sowie eine elastische Kammer 309 auf. Die Kammer 307 ist mittels einer Verengung 310 mit der Kammer 308 verbunden. Die Kammer 308 ist mittels einer Verengung 312 mit der Kammer 309 verbunden. Die Kammer 309 mündet in einer Verengung 314, welche zu einer Öffnung 311 führt. In der Öffnung 311 kann die Wassermenge mit dem Sediment wieder in eine freie Wassermenge, beispielsweise in das Meer entlassen werden.A sediment outlet 301 has an inlet pipe 305 for adding the amount of water with the sediment along a flow direction 351 on. Furthermore, the sediment outlet 301 an elastic chamber 307 , an elastic chamber 308 as well as an elastic chamber 309 on. The chamber 307 is by means of a constriction 310 with the chamber 308 tied together. The chamber 308 is by means of a constriction 312 with the chamber 309 tied together. The chamber 309 ends in a constriction 314 leading to an opening 311 leads. In the opening 311 the amount of water with the sediment can be released back into a free amount of water, for example into the sea.

Der Sedimentauslass 101, der Sedimentauslass 201 sowie der Sedimentauslass 301 dienen jeweils dazu, ein in der Wassermenge enthaltenes Sediment derart aufzubereiten, dass die Teilchengröße der Sedimentteile vergrößert wird und damit die Absetzgeschwindigkeit des Sedimentes zu vergrößern und damit die aus der Wassermenge entstehende Sedimentfahne zu verkleinern.The sediment outlet 101 , the sediment outlet 201 as well as the sediment outlet 301 each serve to prepare a sediment contained in the amount of water in such a way that the particle size the sediment parts is enlarged and thus the settling speed of the sediment is increased and thus the sediment plume produced from the amount of water is reduced.

Im Sedimentauslass 101 wird dazu die Strömungsgeschwindigkeit der Wassermenge innerhalb des Auslasses 109 durch ein Vergrößern eines Querschnittes des Auslasses 109 gegenüber dem Zulaufrohr 105 verringert und die Turbulenz der Wassermenge mittels der elastischen Wandung 110 zusätzlich erniedrigt. Dadurch kommt es im Auslass 109 zu einer Anreicherung entsprechender Sedimentteile zur Agglomeration dieser Sedimentteile zu größeren Sedimentteilen. Die Wassermenge weist dabei am Auslass 111 größere Sedimentteile auf, welche sich schneller absetzen.In the sediment outlet 101 this is the flow rate of the amount of water inside the outlet 109 by enlarging a cross section of the outlet 109 opposite the inlet pipe 105 and the turbulence of the amount of water by means of the elastic wall 110 additionally lowered. This is how it comes in the outlet 109 to an enrichment of corresponding sediment parts for agglomeration of these sediment parts to larger sediment parts. The amount of water points to the outlet 111 larger pieces of sediment, which settle faster.

Innerhalb des Sedimentauslasses 201 ist zusätzlich zur vorig beschriebenen Funktion des Sedimentauslasses 101 der Behälter 207 mit dem Ventil 208 angebracht. Mittels des Ventils 208 kann der Fluss der Wassermenge entlang der Fließrichtung 251 gesteuert, reduziert oder blockiert werden. Wird eine mit Sediment belastete Wassermenge durch das Zulaufrohr 205 in den Behälter 207 eingelassen, so ist das Ventil 208 zunächst geschlossen. Sobald entsprechende Sedimentteile eine Agglomeration durchlaufen haben und die Größe der Sedimentteile entsprechend vergrößert ist, wird das Ventil 208 wieder geöffnet und die Wassermenge mit den nun vergrößerten Sedimentteilen durch den Auslass 209 und die Öffnung 211 wieder in freies Wasser entlassen. Zum Bestimmen der Öffnungszeit des Ventils 208 ist am Behälter 207 ein Trübungssensor 271 verbaut, welcher optisch die Trübung des im Behälter 207 enthaltenen Wassers misst. Ist ein Trübungswert erreicht und mit dem Trübungssensor 271 bestimmt, welcher einer bestimmten gewünschten Partikelgröße entspricht, so wird das Ventil 208 geöffnet. Zu diesem Zeitpunkt bleibt das Ventil 208 geschlossen.Inside the sediment outlet 201 is in addition to the previously described function of the sediment outlet 101 the container 207 with the valve 208 appropriate. By means of the valve 208 can be the flow of the amount of water along the direction of flow 251 controlled, reduced or blocked. Is an amount of water polluted with sediment through the inlet pipe 205 into the container 207 let in, so is the valve 208 initially closed. As soon as corresponding sediment parts have agglomerated and the size of the sediment parts is increased accordingly, the valve is 208 reopened and the amount of water with the now enlarged sediment parts through the outlet 209 and the opening 211 released again into free water. To determine the opening time of the valve 208 is on the container 207 a turbidity sensor 271 built in, which visually enhances the cloudiness of the in the container 207 contained water. Has a turbidity value been reached and with the turbidity sensor 271 determines which corresponds to a particular desired particle size, the valve 208 opened. At this point the valve remains 208 closed.

Innerhalb des Sedimentauslasses 301 wird die mit dem Sediment versetzte Wassermeng entlang der Fließrichtung 351 zunächst in die Kammer 307 geleitet. Das darin enthaltene Wasser muss durch die Verengung 310 in die Kammer 308 überfließen und weiterhin durch die Verengung 312 in die Kammer 309 überfließen. Hierbei wird sowohl eine entsprechende Turbulenz in der Wassermenge mit dem Sediment erhöht, als auch eine Strömungsgeschwindigkeit innerhalb der jeweiligen Kammer 307, 308 und 309 verringert. Dieser Effekt ist dadurch begünstigt, dass die Kammern 307, 308 und 309 elastisch sind und sich damit zeitweilig ausdehnen können.Inside the sediment outlet 301 becomes the amount of water mixed with the sediment along the direction of flow 351 first in the chamber 307 directed. The water it contains has to go through the constriction 310 into the chamber 308 overflow and continue through the narrowing 312 into the chamber 309 overflow. This increases both a corresponding turbulence in the amount of water with the sediment and a flow velocity within the respective chamber 307 , 308 and 309 decreased. This effect is favored by the fact that the chambers 307 , 308 and 309 are elastic and can therefore expand temporarily.

Dadurch kommt es zu einer erhöhten Begegnungshäufigkeit der Sedimentteile und zu einer Agglomeration der Sedimentteile zu größeren Teilen. Wird die Wassermenge mit den so vergrößerten Sedimentteilen dann durch die Verengung 314 in Richtung der Öffnung 311 geführt und wieder in eine freie Wassermenge, beispielsweise das Meer, entlassen, setzen sich die Sedimentteile durch ihre größeren Durchmesser schneller ab und eine entsprechende Sedimentfahne ist reduziert.This leads to an increased frequency of encounter between the sediment parts and an agglomeration of the sediment parts into larger parts. The amount of water with the so enlarged sediment parts then through the constriction 314 towards the opening 311 guided and released into a free amount of water, for example the sea, the sediment parts settle faster due to their larger diameter and a corresponding sediment plume is reduced.

Ein Sammelroboter 401 wird auf einem Kettenlaufwerk 402 über einen Meeresboden 415 gefahren. Mittels eines Saugstutzens 403 werden dabei Manganknollen 417 sowie auch Sediment vom Meeresboden 415 aufgesogen und entlang einer Fließrichtung 451 durch den Sammelroboter 401 geführt. In einem Abscheider 404 werden dann die Manganknollen 417 abgeschieden und die verbleibende Wassermenge mit entsprechenden Sedimentteilen in eine Vorkammer 407 geleitet. In Fließrichtung 451 hinter der Vorkammer 407 ist ein Auslass 409 mit einer Wandung 410 und einer Öffnung 411 angebracht. Der Sammelroboter 401 weist dabei einen Sedimentauslass 481, bestehend aus der Vorkammer 407, dem Auslass 409 sowie der Öffnung 411, auf, welcher technisch dem Sedimentauslass 101 entspricht. In Alternativen kann dabei auch der Sedimentauslass 201 oder der Sedimentauslass 301 angebracht sein.A collecting robot 401 is on a chain drive 402 over a sea floor 415 drove. By means of a suction nozzle 403 become manganese nodules 417 as well as sediment from the sea floor 415 absorbed and along one direction of flow 451 by the collecting robot 401 guided. In a separator 404 then become the manganese nodules 417 separated and the remaining amount of water with corresponding sediment parts in an antechamber 407 directed. In the direction of flow 451 behind the antechamber 407 is an outlet 409 with one wall 410 and an opening 411 appropriate. The collecting robot 401 has a sediment outlet 481 , consisting of the antechamber 407 , the outlet 409 as well as the opening 411 , on which technically the sediment outlet 101 is equivalent to. As an alternative, the sediment outlet can also be used 201 or the sediment outlet 301 to be appropriate.

Zum Sammeln und Abscheiden der Manganknollen 417 wird der Sammelroboter 401 entlang einer Fahrtrichtung 461 über den Meeresboden bewegt. Aus der Öffnung 411 wird dabei eine Sedimentfahne 431 entlassen, welche entsprechend der vorig beschriebenen Sedimentauslässe 101, 201 oder 301 mit einem Sediment stärkerer Absetzgeschwindigkeit versehen ist und sich damit auf dem Meeresboden 415 nur innerhalb der direkten Nähe des Sammelroboters 401 ausbreitet.For collecting and separating the manganese nodules 417 becomes the collecting robot 401 along a direction of travel 461 moving across the ocean floor. From the opening 411 becomes a sediment plume 431 released, which correspond to the sediment outlets described above 101 , 201 or 301 is provided with a sediment of higher sedimentation speed and is thus on the sea floor 415 only within the direct vicinity of the collecting robot 401 spreads.

Ein Fabrikschiff 501 fährt auf einer Wasseroberfläche 502. Am Meeresboden 515 ist ein Sammelroboter 541 angeordnet, welcher entlang einer Fahrtrichtung 542 auf dem Meeresboden 515 fährt. Mittels eines Saugstutzens 543 werden Manganknollen 517 vom Meeresboden 515 aufgesogen. Mittels eines Pumprohrs 505 ist der Sammelroboter 541 mit dem Fabrikschiff 501 verbunden. Weiterhin weist das Fabrikschiff 501 ein Ausstoßrohr 506 auf, welches in Richtung des Meeresbodens 515 geführt ist und an seinem Ende einen Auslass 509 aufweist.A factory ship 501 drives on a water surface 502 . On the ocean floor 515 is a collecting robot 541 arranged along a direction of travel 542 on the ocean floor 515 moves. By means of a suction nozzle 543 become manganese nodules 517 from the seabed 515 absorbed. By means of an exhaust pipe 505 is the collecting robot 541 with the factory ship 501 tied together. Furthermore, the factory ship 501 an exhaust pipe 506 on, which is towards the sea floor 515 is out and at its end an outlet 509 having.

Das Fabrikschiff 501 dient dazu, mittels des Sammelroboters 541 die Manganknollen 517 vom Meeresboden 515 aufzusammeln. Dazu werden die Manganknollen 517 zusammen mit Sediment und Meerwasser über das Pumprohr 505 in das Fabrikschiff 501 befördert. Innerhalb des Fabrikschiffes 501 werden die Manganknollen 517 von der Wassermenge und dem Sediment getrennt (nicht gezeigt). Die Wassermenge mit dem verbleibenden Sediment wird mittels des Ausstoßrohres 506 über den Auslass 509 an den Meeresboden 515 geführt. Der Auslass 509 ist dabei analog dem Sedimentauslass 101, 201 oder 301 gestaltet, sodass eine Ausgestoßene Sedimentfahne 531 gebildet wird, deren Ausbreitung reduziert ist.The factory ship 501 is used by means of the collecting robot 541 the manganese nodules 517 from the seabed 515 to collect. These are the manganese nodules 517 together with sediment and sea water via the pump pipe 505 in the factory ship 501 promoted. Inside the factory ship 501 become the manganese nodules 517 separated from the amount of water and the sediment (not shown). The amount of water with the remaining sediment is measured by means of the discharge pipe 506 over the outlet 509 to the seabed 515 guided. The outlet 509 is analogous to the sediment outlet 101 , 201 or 301 designed so that an ejected sediment plume 531 is formed, the spread of which is reduced.

Weiterhin weist das Fabrikschiff 501 ein Anreicherungssystem 551 auf, welches Algen und anderes biologisches Material aus dem Meer aufsammelt und in das Ausstoßrohr 506 mit einbringt, sodass die Wassermenge neben dem Sediment auch das biologische Material und/oder die Algen enthält. Die Anwesenheit des biologischen Materials und/oder der Algen erhöht dabei die Neigung der Sedimentteile zum Agglomerieren, erhöht deren natürlichen Anteil an partikulärem Kohlenstoff und reduziert die Ausbreitung der Sedimentfahne 531 zusätzlich.Furthermore, the factory ship 501 an enrichment system 551 on which algae and other biological material collects from the sea and into the discharge tube 506 so that the amount of water contains not only the sediment but also the biological material and / or the algae. The presence of the biological material and / or the algae increases the tendency of the sediment parts to agglomerate, increases their natural proportion of particulate carbon and reduces the spread of the sediment plume 531 Additionally.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren 601 zum Reduzieren einer Sedimentfahne sei wie folgt beschrieben:A method according to the invention 601 to reduce a sediment plume is described as follows:

Es erfolgt zunächst ein Zuführen 603, wobei eine mit Sedimentteilen versetzte Wassermenge in den Einlass des Unterwassersedimentauslasses zugeführt wird, sodass die mit Sedimentteilen versetzte Wassermenge durch den Unterwassersedimentauslass geleitet wird. Weiterhin erfolgt ein Agglomerieren 605 der Sedimentteile zu vergrößerten Sedimentteilen mit erhöhter Absetzgeschwindigkeit, sodass vergrößerte Sedimentteile mit erhöhter Absetzgeschwindigkeit in der Wassermenge vorliegen. Abschließend erfolgt ein Abführen 607 der Wassermenge mit den vergrößerten Sedimentteilen mit erhöhter Absetzgeschwindigkeit in das Wasservolumen, sodass mittels des Verfahrens mittels der vergrößerten Sedimentteile mit erhöhter Absetzgeschwindigkeit die Ausbreitung der Sedimentfahne im Wasservolumen reduziert ist.First there is a feeding 603 , wherein an amount of water mixed with sediment parts is supplied into the inlet of the underwater sediment outlet, so that the water amount mixed with sediment parts is passed through the underwater sediment outlet. Agglomeration also takes place 605 the sediment parts to enlarged sediment parts with increased sedimentation speed, so that enlarged sediment parts with increased sedimentation speed are present in the amount of water. Finally, there is a discharge 607 the amount of water with the enlarged sediment parts with increased settling speed in the water volume, so that by means of the method by means of the enlarged sediment parts with increased settling speed the spread of the sediment plume in the water volume is reduced.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

101101: SedimentauslassSediment outlet
105105: ZulaufrohrInlet pipe
107107: AnschlusskammerConnection chamber
109109: AuslassOutlet
110110: WandungWall
111111: Öffnungopening
151151: FließrichtungFlow direction
201201: SedimentauslassSediment outlet
205205: ZulaufrohrInlet pipe
207207: Behältercontainer
208208: VentilValve
209209: AuslassOutlet
210210: WandungWall
211211: Öffnungopening
251251: FließrichtungFlow direction
271271: TrübungssensorTurbidity sensor
301301: SedimentauslassSediment outlet
305305: ZulaufrohrInlet pipe
307307: Kammerchamber
308308: Kammerchamber
309309: Kammerchamber
310310: VerengungNarrowing
311311: Öffnungopening
312312: VerengungNarrowing
314314: VerengungNarrowing
351351: FließrichtungFlow direction
401401: SammelroboterCollecting robot
402402: KettenlaufwerkChain drive
403403: SaugstutzenSuction nozzle
404404: AbscheiderSeparator
407407: VorkammerAntechamber
409409: AuslassOutlet
410410: WandungWall
411411: Öffnungopening
415415: MeeresbodenSeabed
417417: ManganknollenManganese nodules
431431: SedimentfahneSediment plume
451451: FließrichtungFlow direction
461461: FahrtrichtungDirection of travel
481481: SedimentauslassSediment outlet
501501: FabrikschiffFactory ship
502502: WasseroberflächeWater surface
505505: PumprohrExhaust pipe
506506: AusstoßrohrDischarge tube
509509: AuslassOutlet
515515: MeeresbodenSeabed
517517: ManganknollenManganese nodules
531531: SedimentfahneSediment plume
541541: SammelroboterCollecting robot
542542: FahrtrichtungDirection of travel
543543: SaugstutzenSuction nozzle
551551: AnreicherungssystemEnrichment system
601601: Verfahrenprocedure
603603: ZuführenRespectively
605605: AgglomerierenAgglomerate
607607: AbführenDischarge

Claims

Underwater sediment outlet (101, 201, 301) for discharging a sediment plume (431, 531) of a quantity of water mixed with sediment parts into a water volume with an inlet (105, 205, 305), a central area (107, 207, 307) and an outlet (109 , 209 309), whereby the amount of water mixed with sediment particles can be guided from the inlet (105, 205, 305) to the outlet (109, 209 309) by means of the central area (107, 207, 307), so that the sediment plume at the outlet (109, 209 309) is released into the water volume, characterized in that a flow manipulator (109, 110, 209, 210, 307, 308, 309, 310, 312, 314) is assigned to the outlet (109, 209, 309) so that by means of manipulation a flow of the amount of water to increase the frequency of encounter between sediment parts of the amount of water mixed with sediment parts, an agglomeration of the sediment parts into enlarged sediment parts with an increased sedimentation speed enables and / or intensifies and a spreading of the sed Imentfahne (431, 531) is reduced in the free space of the water volume.

Underwater sediment outlet according to Claim 1 , characterized in that the flow manipulator (109, 110, 209, 210, 307, 308, 309, 310, 312, 314) has a container (307), two containers (307, 308) or further containers (309) for temporary accommodation the amount of water mixed with sediment parts, wherein in particular a flow cross section for guiding the amount of water mixed with sediment parts between the respective containers is narrowed and / or widened in the container or containers.

Underwater sediment outlet according to Claim 1 or 2 , characterized in that the flow manipulator (109, 110, 209, 210, 307, 308, 309, 310, 312, 314) and / or the respective container (307, 308, 309) has an elastic wall area (110, 210) So that by means of a particularly recurring deformation of the elastic wall area (110, 210) by the flow of the amount of water, the turbulence of the flow of the amount of water is increased or a flow rate of the amount of water is temporarily reduced.

Underwater sediment outlet according to Claim 2 or 3 , characterized in that the flow of the amount of water can be influenced and / or switched by means of a valve (208), so that, in particular depending on the agglomeration of the sediment parts, an inflow and / or outflow of the amount of water mixed with sediment parts, the flow rate is controlled and / or regulated / or is switched, in particular as a function of a turbidity value, determined by means of a turbidity sensor (271), of the amount of water mixed with sediment particles.

Underwater sediment outlet according to one of the preceding claims, characterized in that the flow manipulator (109, 110, 209, 210, 307, 308, 309, 310, 312, 314) has a device for increasing or decreasing a turbulence of the flow, in particular a guide body and / or a guide geometry to increase or decrease the turbulence.

Underwater sediment outlet according to one of the preceding claims, characterized in that the flow manipulator (109, 110, 209, 210, 307, 308, 309, 310, 312, 314) comprises a widening of a cross section in the direction of flow between the inlet and outlet and / or in the outlet , so that a flow rate of the amount of water in the outlet is reduced compared to a flow rate of the amount of water at the inlet.

Underwater sediment outlet according to one of the preceding claims, characterized in that the outlet is arranged perpendicular to the bottom delimiting the water volume, wherein in particular an outlet cross section of the outlet is arranged parallel to the bottom of the water volume.

Underwater sediment outlet according to one of the preceding claims, characterized by a supply means for supplying an auxiliary substance for improving the properties of the sediment plume.

Underwater vehicle (401) with an underwater sediment outlet (101, 201, 301) according to one of the Claims 1 until 8th .

Underwater vehicle according to Claim 9 , characterized by a device (403, 543)) for receiving raw materials (417, 517) located in the water volume from a soil (415, 515) delimiting the water volume and a device for separating the raw materials from the water volume.

Underwater vehicle according to Claim 9 or 10 , characterized in that the outlet is arranged at a distance of less than 2 m, in particular less than 1 m, for example less than 50 cm, from a floor (415, 515) delimiting the water volume, the distance in particular by means of a floor (415, 515) adjacent guide means, for example a wheel and / or a runner, is adjustable.

Watercraft (501) with an underwater sediment outlet (101, 201, 301) according to one of the Claims 1 until 8th and / or an underwater vehicle (401) according to one of Claims 9 until 11 .

Watercraft according to Claim 12 , characterized in that the outlet is arranged at a distance of less than 2 m, in particular less than 1 m, for example less than 50 cm, from the floor (415, 515) delimiting the water volume, the distance in particular by means of an on the floor (415, 515) adjacent guide means, for example a wheel and / or a runner, is adjustable.

Method for reducing a spread of a sediment plume (431, 531) of an amount of water in a water volume with an underwater sediment outlet (101, 201, 301) according to one of the Claims 1 until 8th , with the following steps: - Feeding the amount of water mixed with sediment parts into the inlet of the underwater sediment outlet so that the amount of water mixed with sediment parts is passed through the underwater sediment outlet, - Agglomeration of the sediment parts into enlarged sediment parts with increased settling speed, so that enlarged sediment parts with increased settling speed in the The amount of water is present, - Discharge of the amount of water with the enlarged sediment parts with increased settling speed into the water volume, so that the spread of the sediment plume in the water volume is reduced by means of the enlarged sediment parts with increased settling speed.

Procedure according to Claim 14 , characterized in that an auxiliary substance, in particular an auxiliary substance for increasing the biological activity of the amount of water mixed with the sediment parts, is supplied to the amount of water mixed with the sediment parts, the auxiliary substance being absorbed or deposited in particular from the water volume.