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B E S C H R E I B U N G
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Verfahren, Apparaturen und Gegenstände zur Nutzbarmachung von staubaren
Flüssigkeiten ( auch Trägerflüssigkeiten von Feststoffen etc.), zum Beispiel und
insbesondere atmosphärisohem Niederschlagswasser, unter Ausnutzung von Geo-Energie
( geophysikalische Energien).
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Anwendungsgebiet: Die Erfindung betrifft eine Vielzahl von Verfahren,
bei denen zur Nutzbarmachung von staubaren Flüssigkeiten ( auch Trägerflüssigkeiten
von Feststoffen) Vefahrensabläufe von ( wahlweise) Stauen, Speichern, Zwisohenspeichern,
Reinigen, Mischen, Dosieren, Zapfen, Zuleiten, Verteilen u.ä.
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erforderlich sind, zum Beispiel und insbesondere zur Nutzbarmachung
von atmosphärischem Niederschlagswasser ( Regen) für Bewässerungszwecke, das im
Einzugsgebiet von geeigneten Flachdaohbauwerken ( Wohnhäusern, Garagen, Fabrikhallen
etc.) niedergeht.
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Zwecks Bei der Nutzbarmachung derartiger Flüssigkeiten sind Veffahrensvorgänge
wie Stauen, Speichern, Zwischenspeichern, Reinigen, Mischen, @osieren, Zapfen, Zuleiten,
Verteilen etc. von hohem funktionellen Wirkungsgrad, Wirtschaftlichkeit ( insbesondere
Energieverbrauch) und einfachen Bediengngsabläufen der sie tragenden Apparaturen
und Gegenstände abhängig. Diese Punkte sind entscheidend, ob ein Verfahren gegenüber
anderen Alternativen der Vorrang gegeben wird. Energieeinsparung ist dabei von vorrangiger
Bedeutung.
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Kritik des Standes der Technik: Am Beispiel der t@aditionellen Regettonne,
mit der früher einmal Regenwasser in größeren Mengen nutzbar gemaoht wurde, zeigt
sich, daß trotz der freien Verfügbarkeit des atmosphärischen Niederschlagswassers
dem kostenmäßig teueren aber bedienungstechnisoh bequemeren Leitungswasser auch
dort der Vorrang gegeben wird, wo Regenwasser ein besseres Substitut ist, z.B. bei
der Bewässerung von Gärten und Grttnanlagen . Wegen ihrer Unwirtschaftlichkeit,
ihrer geringen Speicherka@azität, und der whhsamkett, das Regenwasser mit einem
timer oder der Gießkanne seiner Nutzung zufuhren zu müssen, hat die Regentonne ausgedient.
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Regenwasser ist eine Flüssigkeit, die in Intervallen in großen Mengen
verfügbar ist, und obwohl ein beachtlicher Teil davon auf Flächen niedergeht, die
sich ohne großen Aufwand zügig in Speicherbecken verwandeln lassen, ( z.B. die wannenartig
ausgebildeten Flachdächer vieler Gebäude), fließen Millionen Liter Regenwasser davon
ungenutzt in die Kanalisation.
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Aufgabe der Erfindung: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
zur Nutzbarmachung von staubaren Flüssigkeiten ( auch Trägerflüssigkeiten von Feststoffen
eto.),wie zB. Regenwasser, wahlweise erforderliohen Verfahrensvörgänge wie Stauen,
Zwischenspeiohen, Reinigen, Dosieren, Zapfen, Zuleiten, Verteilen etc., unter bestimmten
Voraussetzungen energiesparend zu bewältigen, unter Wahrung verfahrens- und bedieningstechnisch
einfacher Handhabung, und wo möglich, bisher ungenutze Speicherflächen zu erschließen
( z.B. geeignete Flachdächer).
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Lösung: Diese Aufgabe wird durch die Hinwendung der der Erfindung
zugrunde liegenden Verfahre ns erschließung, Apparaturen und Gegenstände und deren
Wirkung eigenschaften erreicht, wahlweise und/oder erforderlichenfalls im Verbund
oder separat, und zwar durchs die Verwendung 1. des Staudruckbehälters mit Einlaufkrümmer,
Sinzugskopf, Überleitung, Fließanzeige, Entlüftungsstutzen, Ventilsätze, Steuerschieber,
Wirbelaperren, Festatoffabscheider, Entleerungsstutzen, Umstellschieber, Abflußstutzen,
Zapfhahn, 2. Verteilergerät 3. Staukopf mit Überlaufeinrichtung.
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Dabei dient der Staudruckbehälter (SDB) mit seinen Vorrichtungen als
zentrales Start- und Steuergerät wesentlicher Verfahrensabläufe, u.a.
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(wahlweise) Zapfen, Zwischenspeichenn, Reinigen, Mischen, Dosieren,
Verteilen etc. der aufgestauten Flüssigkeit, unter Ausnutzung von Geo-Energie (=
geophysikalische Energien), wenn vorausgesetzte Bedingungen gegeben sind.(Hierzu
im einzelnen bei der Beschreibung eines AusfUhrungsbeispiels.) Die Hauptwirkungseigensohaft
des Staudruckbehälters (SDB) in seiner speziellen Auagestaltung beruht euf der Erzeugung
eines Staudruckes durch eingegebene Flüssigkeit. Dieser Staudruck wird durch das
Ablassen der Flüssigkeit zu einem Unterdruck im SDB. Der Unterdruck wird zum Pnaaugen
der in einem geeigneten Behältnis gestauten und zu verwertenden Flüssigkeit ( auch
Trägerflüssigkeiten von Feststoffen) genutzt.
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über den Einzugskopf, der tberleitung (Sohlauoh- oder Rohrleitung),
und dem Einlaufkrümmer gelangt die angesaugte Flüssigkeit ( und etwa in ihr enthaltenden
Feststoffe etc.)in den SDB. Die somit in den SDB gesaugte Flüssigkeit trägt ihrerseits
zur Erzeugung von Staudruck bei, der wtderum zu Unterdruck verwandelt werden kann.
Unter der Voraussetzung, daß das Zapfniveau unter dem Stauniveau wiegt ( Rohenunterschied)
und mit der Möglichkeit, den Staudruckbehälter (SDB) niedriger als der vorhandene
Staupegel zu in@tallieren, stellt sich die Wirkungsweise des SDB wie folgt Durch
Öffnen des Zapfhahns beginnt die in den SDB eingegeben Flüssigkeit abzufließen.
Der dadurch entstehende Unterdruck im SDB leitet über den in die anzusaugende Flüssigkeit
getauchten Einzugskopf den Saagvorgang ein, wobei zuerst etwa vorhandene Luft der
Überleitung in den 5DB und dann die gestaute Flüssigkeit in den SDB gelangen. Die
Saugleistung bei einem entsprechend dimensionierten SDB ermöglicht das Ansaugen
der gestauten Flüssigkeit über Hindernisse hinweg, wie zum Beispiel den Rand des
Staubehältnisses.
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Der dadurch eingeleitete Fließvorgang setzt stich nach den Gesetzmäßigkeiten
der Physik selbsttätig fort. Durch den luftdiohten Verbund von Einzugskopf und 5DB
wird durch den Zapfvorgang erzeugter Unterdruck im SDB zur Beschleunigung des obigen,
seibstätigen Fließvorgsngs genutzt, damit ca.
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die gleiche Menge Flüssigkeit angesaugt, wie eie am Zapfhahn entnommen
wird.
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Der SDB wird während des Zapfvorganges dauernd nachgefüllt. Wird der
Zapfvorgang gedrosselt oder eingestellt, wird auch der Fließvorgang gedrossett und
eingestellt.
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Unter der Voraussetzung, daß eine ausreichende Menge Flüssigkeit im
SDB vorhanden ist, kann der Fließvorgang durch den Zapfvorgang beliebig oft gestartet
und unterbrochen werden. Auftretende Füllmengenverluste imSDB können während des
Fließvorganges duroh gleichzeitiges Schließen des Zapfhahnes und Öffnen des Belüftungsstutzens
kompensiert werden, da der Fließvorgang selbsttätig zum SDB mit eigener Dynamik
anhält.( Voraussetzung ist, daß stets genügend Flüssigkeit im Staubehältnis ist
und der Einzugskopf somit keine Luftblasen ansaugen kann, die den Fließvorgang zum
SDB zum Erliegen bringen könnten.) Ist die gewünschte Füllmenge im SDB erreicht,
wird der Belüftungsstutzen wieder luft sich verschlossen. Der SDB ist optimal betriebsbereit.
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Versiegt die gestaute Flüssigkeit im Staubehältnis ( z.B. Flachdach),
so kann mit dem betriebsbereiten SDB abgewartet werden, bis sich wieder genügend
Flüssigkeit im Staubehältnis gesammelt hat, und der Zapfvorgang nach Bedarf eingeleitet
werden.
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Der Staukopf mit Überlaufeinrichtung dient dazu, in einem geeigneten
Staubehältnis ( vornehmlich wannenartig ausgebiidete Flachdächer ) eine optimale
Stauhöhe d@r zu sammelnden oder zufließenden Flüssigkeit zu bewirken, und deren
Überschreitung selbsttätig zu regeln. Dabei dient der ttberlaufrand des Staukopfes
zur Bestimmung der optimalen Stauhöhe.
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Überschüssige Mengen werden über den Überlaufstutzen in geeigneter
Weise abgeleitet, z.B. in eine vorhandene Kanalisation. Der Stauvorgang kann sich
selbst überlassen bleiben.
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Der Staukopf ist in seiner Wirkungsweise unabhängig vom Staudruckbehälter
(SDB). Seine Verwendung richtet sich nach dem einzelnen Bedarfsfall.
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Weitere Ausgestaltung: Der Nachfüllvorgang am Staudruckbehälter (SDB)
bei Füllmengenverlust läßt sich durch Ventilsätze und Steuerschiebern selbstregelnd
ausgestalten. Dazu wird der SDB am Be/Entlüftungestutzen mit einer Ventilkombination
für Unterdruck- und Überdruckregulierung ausgestattet, sowie mit den erforderlichen
(schwimmeraktivierten) Stauerschiebern, womit eine Wirkung wie folgt erreicht wird:
Hat sich die Füllmenge des SDB im Verlaufe der Zapfvorgänge unter ein gewünschtes
Maß reduziert, wird bei Beendigung des (letzten) Zapfvorganges der Fließvorgang
vom Staubehältnis zum SDB dadurch aufrechterhalten, daß der Verdrängungsdruck des
einfließenden Wassers auf vorhandene Luft im SDB über den Ventilsatz am Entlüftungsstutzen
selbsttätig abgelassen wird. Ist die gewünschte Füllmenge erreicht, wird dadurch
ein (schwimmeraktiviertes) Sperrventil der Entlüftungsstutzen wieder luftdicht verschlossen.
Der Fließvorgang kommt zum Erliegen. Der SDB ist Jedoch optimal betriebsbereit.
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Durch entsprechende Steuerschieber kann der Naohfüllvorgang des 5DB
auch mitten im Zapfvorgang eingeleitet werden. Dazu wird bei Unterschreiten einer
bestimmten Mindestfüllmenge des SDB über einen (schwimmeraktivierten) Steuerschieber
derzapfvorgang reduziert und der Be/BntlUftungsstutzen aufgesperrt. Dadurch wird
der Fließvorgang vom Staubehältnis zum SDB in seiner optimalen Bigenleistung aufrechterhalten
und füllt den SDB nach.
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Ist die gewünschte Füllmenge erreicht, wird durch Umkehr der Wirkung
der Steuerschieber der Entlüftungsstutzen wieder luftdicht verschlossen und der
Zapfvorgang auf sein vorhergegangenes Volumen gebracht. Dieser Regelvorgang eignet
sich für eine kontinuierliche Füllmengen-Korrektur am SDB. Da die Füllmenge Einfluß
auf den Staudruck übt, kann die Leistung des
SDB regelnd beeinflußt
werden.
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Eine Leistungsbeinflussung ist ebenfalls durch entsprechende @imensionierung
der Öffnungsquerschnitte für Einsaug-und Zapföffnungen möglioh.
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Dabei kann duroh Bündelung etlicher Einlaufkrfimmer und der entspreohenden
Überleitungen Makroeinlaufquerschnitte erreicht werden. Gleichzeitig wird das Ansaugen
und Verbringen von verschiedenartigen Flüssigkeiten aus verschiedenen Staubehältnissen
in einunddenselben SDB möglich.
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Bei entsprechend dimensionierter Saugleistung eines SDB können mit
Hilfe der Überleitung Hindernisse überwunden werden, wie z.B. der Beckenwand eines
Staubehältnisses. Dadurch erübrigt sich ein Durohbruoh des Staubehältnisbodens oder
Wandungen. Dieser Umstand ist von besonderem Vorteil bei Flachdächern, die als Staubehältnisse
dienen sollen, da Jede Dachhautperforation dessen Dichtigkeit beinträchtigen kann.
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Durch den Umstand, daß der SDB Durchlaufgerät und Zwischenspeicher
von Natur der Saohe ist, eignet er sich für weitere Verfahrensvorgänge. Wahlweise
kann eine Feststoffabscheidung (Reinigung) der angesaugten Flüssigkeit erreicht
werden. Zu diesem Zweck wird im SDB mittels einer ( oder beliebigen Anzahl) Wirbelsperre
dir Flüssigkeit im SDB beruhigt. Ihre wirkung beruht auf einem Trennwandeffekt,
jedoch wird duroh eine Vielzahl von trichterförmigen Durchflußöffnungen ein vertikaler
Bewegungsablauf nicht unterbunden. Die Neigung der Trichterwände verhindert eine
Ablagerung an der Wirbelsperre. Eine weitere Wirbeleperre unterhalb des Zapfstutzens
verhindert das aufwirbeln bereits abgelagerter Stoffe duroh den Zapfsog.
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Auch die abgewinkelte Form des Einlaufkrümmers dient der Flüssigkeitsberuhigung
im SDB.
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Die trichterförmige Ausgestaltung des 5DB-Bodens dient als Sammelstelle
der abgeschiedenen Feststoffe.
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Über den Umstellschieber im Zapfstutzen kann bei Betriebsunterbrechung-oder
Stillegung Entleerung und/oder Durchfluß direkt in eine vorhandene Kanalisation
erfolgen.
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Eine Fließanzeige über dem Einlaufkrümmer ermöglicht optische Kontrolle
des Fließvorganges in den SDB. ttber Verteilergerät oder Schlauchleitung kann vom
Zapfhahn aus die gewanene Flüssigkeit ihrer Nutzung zugeführt werden.
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Erzielbare Vorteile: Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen
insbesondere in der energiesparenden Wirkung ( Betriebsenergie zum Nulltarif).
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Ferner werden bei dem Regenwasserbeispiel bisher ungenutze Flächen
( insbesondere Flachdächer) zur gewinnung der lebenswichtigen Flüasigkeit Wasser
erschlossen, also Wassermengen, die bisher in großen Mengen ungenutzt und zu nioht
unerhebliohen Kosten abgeleitet werden mußten.
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( Belastung der Abwasserkanalisation 1) Von besonderem verfahrens-
und bedienungstechnischem Vorteil ist der Umstand, daß Start-und Stauerfunktionen
wesentlicher Art in einem Gerät, nämlich dem Staudruckbehälter@, vereint sind und
weitgehend selbsttätig funktionierend gestaltet werden können. Die Bedienung ist
denkbar einfach.
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Bei dem Regenwasserbeispiel ist auch die Tatsache von besonderem Vorteil,
das der Verfahrens ablauf des Zapfens über den Rand des Staubehältnisses erfolgen
kann, somit keine Beschädigung der Dachhaut für Durchbrüche erforderlich wird.
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Die Einrichtung der tberleitung, deren Länge beliebig gewählt werden
kann, erlaubt Einzugskopf und Staudruckbehälter an Jeweils günstigsten Punkten zu
platzieren. Bei dem Regenwasserbeispiel bedeutet eine bequeme zugängaiohkeit cier
Bedienungselemente am SDB praktisch die Verfügbarkeit von Regenwasser ' aus der
Leitung'.(Der SDB wird dabei zur modernen Regenton@e@) Beschreibung eines Ausführungsbeispiels:
Als Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die Nutzbarmachung von Regenwasser für
Bewässerungszwecke im folgenden beschrieben. Dieses Beispiel ist auch in der Zeichnung
dargestellt. Es zeigen Fig. 1.0 Staudruckbehälter (SDB) 1.1 Einzugskopf 1.2 Überleitung
1.3 Fließanzeige 1.4 Be/Entlüftungsstutzen 1.5 Einlaufkrümmer 1.6 Wirbelsperre 1.7
Feststoffabscheider 1.8 Entleerungestutzen 1.9 Ventilsatz 1.10 Umstelleohieber 1.11
Zapfhahn 1.12 Abflußstutzen 2.0 Staukopf 2.1 Überlaufstutzen Das Verfahren nutzt
als Stau-und Sammelbehältnisse geeignete Flachdächer von Wohnhäusern, Garagen, Fabrikh@llen
u.ä. Voraussetung ist ihre wannenartige ausführung und statische Festigkeit, sowie
eine genügend hohe
Dachaufkantung.(Dazu sei bemerkt, daß bei einer
Dachfläche von 100 qm und einer möglichen Stauhöhe von 10 cm im Idealfall 10.000
Liter Regenwasser gestaut werden können.Bei Fabrikhallen mit 1.000 qm und weit mehr
Flachdachfläche sind die möglichen Stauvoluien von beeindruokendeu Ausmaß.) Das
über dem Einzugsbereich eines geeigneten Flaohdaohes niedergehende oder dorthin
zugeleitete Regenwasser (z.B. von angrenzenden Satteldächern etc.) wird gestaut,
indem der Staukopf (Fig. 2.0 der Zeiohnung) mit seinem Überlaufstutzen (Fig. 2.1)
und geeignetem Dichtungsmaterial den vorhandenen Regeneinlauf des Flachdaches gegen
heranfließendes Regenwasser sperren.(Hat das Flachdach mehrere Regeneinläufe, wurden
diese ähnlich mit weiteren Stauköpfen gesperrt.) Die gewählte Höhe des über laufrandes
am Staukopf bestimmt die optimale Stauhöhe,(immer vorausgesettt, daß die Konstruktion
des Flaohdaohes eine derartige Stauhöhe zuläßt).
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Regenwasser wird damit bis zu dieser Maximalhöhe selbsttätig gestaut,
die überflüssigen Mengen werden über den tberlaufrand und -stutzen des Staukopfes
in die vorhandene Kanalisation geleitet. Der Sammel-und Stauvorgagg kanndaduroh
unbeaufsichtigt sich selbst überlassen bleiben.
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Das gestaute Regenwasser wird mit Hilfe des Staudruckbehälters (Fig.
1.0) und seiner Vorriohtungen gezapft und vom Zapfhahn über geeignete Träger seinem
Verwendungszweck zugeführt. Dabei geschieht im wesentlichen folgendes: Der Staudruckbehälter
(Fig. 1.0) wird idealerweise leicht zugänglich an einer Gebäudewand unterhalb des
Flachdaches installiert, auf dem das Regenwasser gestaut wird. Die Überleitung (Fig.
1.2) wird über die Daohaufkantung geführt und der daranbefindliche Einzugskopf (Fig.
1.1) an einer tiefen Staustelle auf die Dachhaut gelegt. (Bei Bekiesung unter diese
Kiesschicht) Der SDB wird dann über den Entlüftungsstutzen (Fig. 1.4) mit Wasser
gefüllt, was am besten aus der Trinkwasserleitung mit Hilfe eines Gartenschlauches
erfolgen kann. Nach dem Füllvorgang wird der Entlüftungsstutzen wieder luftdicht
verschlossen. Der SDB ist betriebsbereit.
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Der Zapfvorgang kann beginnen. Dabei ist die Wirkungsweise des SDB
wie bereits aufgezeigt (s. Seite - 2 - unter 2Lösung2). Vom Zapfhahn kann z.B über
einen Gartenschlauch una ggf. einem Brausekopr aas gewonnene Regenwasser zur Bewässerung
von Garten- und Grünanlagen eto. genutzt werden.
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Dabei müssen die zu bewässernden Flächen unterhalb des Flaohdaohes
liegen, da andernfalls der Zapfvorgang zum Erliegen kommt.
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Versiegt das gestaute Regenwasser ( z.B. durch Entnahme oder während
einer Trockenperiode), kann bei gefülltem SDB erneut gezapft werden, sobald
wieder
Regenwasser auf dem Flachdach gestaut ist.
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Duroh den Feststoffabscheider (Fig. 1.7) und unter Wirkung der Wirbelsperren
(Fig. 1.6) kann mitangesaugter Grobschmutz im SDB zur Ausscheidung gebracht werden.
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Betriebsstillegung (z.B. während der Prostperioden) wird durch entleerung
mittels des Umstellschiebers (Fig. 1.10) bewirkt, wodurch eine Direktverbindung
zur bestehenden Abwasserkanalisation geöffnet wird.(Fig.1.12) soll das Plaohdaoh
entleert bleiben, ist auch der Staukopf zu entfernen.
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Besteht die Flachdachkonstruktion aus Sektionen it evtl.Trennbarrieren,
erlaubt die Verwendung mehremer Einzugsköpfe und entsprechender Überleitungen das
Zapfen an verschiedenen Stellen eines derartigen Flaohdacheg, unter Überwindung
der Trennbarrieren bei entsprechend dimensioniert er Leistung des Staudruckbehälters
und seiner Vorrichtungen.