EP2858891A1 - Method and device for lifting an object from the sea floor - Google Patents

Method and device for lifting an object from the sea floor

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Publication number
EP2858891A1
EP2858891A1 EP13726120.2A EP13726120A EP2858891A1 EP 2858891 A1 EP2858891 A1 EP 2858891A1 EP 13726120 A EP13726120 A EP 13726120A EP 2858891 A1 EP2858891 A1 EP 2858891A1
Authority
EP
European Patent Office
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balloon
buoyancy
movement
seabed
buoyant
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13726120.2A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Günter R. FUHR
Heiko Zimmermann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
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Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Publication of EP2858891A1 publication Critical patent/EP2858891A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B66—HOISTING; LIFTING; HAULING
    • B66F—HOISTING, LIFTING, HAULING OR PUSHING, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR, e.g. DEVICES WHICH APPLY A LIFTING OR PUSHING FORCE DIRECTLY TO THE SURFACE OF A LOAD
    • B66F19/00—Hoisting, lifting, hauling or pushing, not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
    • B63C7/00—Salvaging of disabled, stranded, or sunken vessels; Salvaging of vessel parts or furnishings, e.g. of safes; Salvaging of other underwater objects
    • B63C7/06—Salvaging of disabled, stranded, or sunken vessels; Salvaging of vessel parts or furnishings, e.g. of safes; Salvaging of other underwater objects in which lifting action is generated in or adjacent to vessels or objects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
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    • B63C7/06—Salvaging of disabled, stranded, or sunken vessels; Salvaging of vessel parts or furnishings, e.g. of safes; Salvaging of other underwater objects in which lifting action is generated in or adjacent to vessels or objects
    • B63C7/10—Salvaging of disabled, stranded, or sunken vessels; Salvaging of vessel parts or furnishings, e.g. of safes; Salvaging of other underwater objects in which lifting action is generated in or adjacent to vessels or objects using inflatable floats external to vessels or objects
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21C—MINING OR QUARRYING
    • E21C50/00—Obtaining minerals from underwater, not otherwise provided for

Definitions

  • the invention relates to a method for lifting at least one object from the seabed, in particular for the transport of mineral resources, such. As manganese nodules or other metal-containing bodies, or other loads such. B. wrecks, from the seabed to the sea surface. Furthermore, the invention relates to a device for lifting min ⁇ least 'of an object from the seabed. Applications of the invention are, for. For example, in the case of undersea mining of mineral resources or in the recovery of objects from the seabed.
  • mineral raw materials are found on the seabed as mineral resources in loose rocks (eg manganese nodules, phosphorite, mineral soaps). It is known as playing at ⁇ that in the deep sea turn dissolved substances in the form of metal conglomerates due to the gegebe ⁇ nen pressure-temperature conditions. It form z. B. Me ⁇ tallknollen or metallic surface coatings on mineralization len of metals or metal compounds, such. As manganese, cobalt and other materials. Seabeds with such deposits of precipitated metals or metal compounds, for example in the Pacific, form ore deposits of great economic importance.
  • a problem of recovering large loads from the deep sea is in particular that a buoyancy is difficult to achieve.
  • the objects of the invention are an improved method and an improved device for lifting at least one object from the seabed, in particular for the transport of mineral resources or other loads from the seabed to the sea surface to avoid the disadvantages of conventional techniques.
  • the invention should in particular allow objects with large masses, such. As raw materials, low-damage from the seabed, environmentally friendly and / or energy efficient transport towards the sea surface.
  • the invention is based on the general technical teaching to provide a method for lifting at least one object from the seabed, in which the at least one object is connected to a buoyancy balloon and a buoyancy movement of the buoyancy balloon is carried out with the object.
  • the buoyancy balloon is filled with a buoyancy fluid.
  • the temperature of the buoyant liquid in the buoyant balloon is higher than the temperature of the seawater surrounding the buoyant balloon.
  • the buoyancy fluid is generally a fluid having a density that is less than or equal to the density of water, especially seawater.
  • the mass density of the buoyant liquid is z. B.
  • the buoyancy liquid comprises z.
  • the buoyancy liquid comprises z.
  • the invention makes it possible to produce large masses in the ton range, in particular up to 1 t or more, for. B. 5 t or 10 t or more to lift from the seabed.
  • the water when it is used in the lift ⁇ balloon as buoyancy liquid the available on Meeresbo ⁇ and need not be transported as in conventional buoyancy bodies to the sea floor.
  • a heated liquid hydrocarbon compound means that it must be transported in the buoyancy balloon to the seabed.
  • gasoline for buoyancy there are advantages from an increased buoyancy force or from the possibility of using a buoyancy balloon with a reduced volume.
  • the invention is based on the general technical teaching to provide a balloon device which is configured for lifting at least one object from the seabed and comprises a buoyancy balloon with a balloon envelope (balloon skin), the interior of which is filled with a buoyancy fluid, and a holding device, with which the at least one object with the buoyancy balloon can be coupled.
  • the launching balloon is adapted to receive the buoyant liquid at an elevated temperature above the temperature of seawater surrounding the buoyant balloon.
  • the balloon shell has such a low thermal conductivity that the buoyancy fluid in the buoyancy balloon can be maintained at the elevated temperature.
  • the thermal conductivity is selected so that the on ⁇ operating liquid can be maintained in the buoyancy balloon at the elevated temperature for a time interval that is necessary for egg ⁇ ne buoyancy uplift of the balloon device for Meeresoberflä ⁇ surface.
  • the balloon device according to the invention is an underwater vehicle carried by the static buoyancy of the heated buoyancy fluid in the buoyancy balloon.
  • the buoyancy balloon is for receiving z.
  • water is most preferably used as buoyancy fluid.
  • the term “water” refers to any liquid that contains chemically pure water and possibly dissolved substances.
  • the water may be salty, especially chemically identical to seawater, or may include underground soil water.
  • a liquid hydrocarbon compound is used as the buoyant liquid.
  • liquid hydrocarbon compound is meant any organic liquid which has a lower density than seawater in the deep sea, such as e.g. As ethanol, gasoline, light oils.
  • the buoyancy balloon is typically provided directly on the seabed, wherein the buoyancy balloon is already filled or filled with the buoyant fluid of elevated temperature, and moved in the direction of the sea surface.
  • the phrase "from the seabed” is also an application of the invention comprises, in which the object to be lifted is not directly on the seabed, but z. B. due to the salvage technique used, at a certain height, z. B. on a platform, is positioned over the seabed.
  • the at least one object is raised (lifted) from the seabed towards the sea surface.
  • the transport typically leads to the sea surface, where the at least one object is taken over into a ship. Alternatively, the transport may alternatively lead to a position below the sea surface. ren, z. B. to a submarine transporter or another position on the seabed.
  • the invention is suitable for the transport of various types of objects, generally comprising solids.
  • the at least one object comprises a container, such.
  • a container such as a network or cage, with a variety of commodity bodies, such as. B. metal tubers.
  • the invention allows selectively accommodated metal tubers environmentally friendly and possibly even without the use of external energy sources on a ton scale from the deep sea to the sea surface to transport and salvage on the high seas by ships.
  • Another advantage is that this process is freely repeatable and can be executed accurately and with a minimum of additional components on the seabed. Both the fauna on site and the overlying water volumes are not or only slightly by the
  • the temperature of the buoyancy liquid can be chosen depending on the specific application conditions of the invention, in particular ⁇ sondere the mass of the object to be transported and the duration of transport. Advantages for a high buoyancy force and the stable maintenance of the liquid state of the buoyancy liquid, in particular of the water in the buoyancy balloon arise when the temperature of the buoyant liquid in the buoyancy balloon at the beginning of the buoyancy at least 80 ° C, especially at least 100 ° C and / or at most 350 ° C, in particular at most 300 ° C.
  • the buoyant liquid comprises water, which is filled at elevated temperature from a natural reservoir in the buoyancy balloon.
  • the buoyant liquid comprises water, which is filled at elevated temperature from a natural reservoir in the buoyancy balloon.
  • the buoyancy balloon optionally through conduit means, whereby the buoyancy balloon can deploy over or near the hot spring. If such hot water sources are not available, a hot water well can be artificially generated by deep drilling on the ocean floor using known geothermal methods.
  • water is thus directed from a subsea well and / or a subsea well through the feed orifice into the interior of the buoyant balloon.
  • These embodiments have the important advantage that water in natural reservoirs already at an elevated temperature, for. B. is present in the above areas.
  • the geothermal heat can be used as a natural energy reservoir for transport.
  • the balloon shell preferably has a 29dale ⁇ bare supply port through which the buoyancy balloon is filled with the buoyant liquid.
  • the feed opening has a size such that the Be Shel ⁇ development of the buoyant balloon may take place within a time interval which is negligibly small compared to the duration of a temperature compensation with the surrounding sea water with the use of water.
  • the feed opening may be smaller in size.
  • the feed opening is preferably closed, but this closure need not be completely watertight.
  • the closure is designed in such a way that no direct heat exchange of the cold ambient water (temperature eg -1 to + 5 ° C) with the hot buoyant liquid takes place at the feed opening.
  • the buoyancy balloon is closed on all sides during the buoyancy movement.
  • the feed opening is blocked in particular so that a liquid exchange between the interior of the buoyancy balloon and the environment is prevented or negligible.
  • this prevents heat dissipation by convection.
  • the balloon envelope comprises a flexible and foldable material.
  • the feed opening may include an opening directly in the balloon envelope.
  • the thickness of the balloon envelope of the buoyancy balloon used in the present invention is not a critical size.
  • the balloon envelope, a layer composite material, possibly with structural elements such as ribs or Stiffeners include.
  • the balloon envelope can z.
  • the layered composite material can be formed of several layers, each with different functions.
  • one layer may comprise a waterproof material, while another layer may comprise a thermally insulating material, for example.
  • Layer be made of thermally insulating material.
  • the buoyancy of the balloon device depends on buoyancy balloon state variables that include the buoyancy fluid temperature inside the buoyancy balloon at the beginning of the buoyancy, the seawater temperature on the buoyancy balloon outside at the beginning of the buoyancy, the volume of the buoyancy balloon, and the thermal conductivity of the balloon shell.
  • the invention makes it possible to specifically predetermine the carrying capacity of the balloon device by setting at least one of the stated state variables.
  • state variables of the buoyancy balloon Due to the particular pressure-temperature conditions in the deep sea and along the ascent to the sea surface, state variables of the buoyancy balloon can be adjusted so that the buoyancy fluid in the buoyancy balloon during the buoyancy movement assumes different states.
  • state variables, in particular the thermal conductivity of the balloon envelope are selected such that during the buoyant movement part of the buoyant liquid in the buoyancy balloon is converted into steam, in particular water vapor.
  • This conversion is achieved by using a balloon envelope with a low thermal conductivity (high isolation capability) such that the temperature of the buoyant liquid in the buoyancy balloon exceeds the boiling point with decreasing hydrostatic pressure of the surrounding seawater.
  • the steam can be used to accelerate the buoyancy movement.
  • the buoyancy balloon may additionally inflate, at least in a partial region of the balloon envelope, so that its volume increases.
  • the buoyancy balloon in particular the heat conductivity of the balloon envelope, in such a way that vapor formation is prevented.
  • This variant of the invention is made possible by the balloon shell having a thermal conductivity which is selected so that the cooling of the buoyant liquid in the buoyancy balloon on the way to the sea surface takes place so that the boiling point of the buoyant liquid constantly falls below.
  • the buoyancy fluid in the buoyancy balloon during the buoyancy movement remains completely in the liquid state.
  • the buoyancy force is directed opposite to the gravitational force. Therefore, the buoyancy balloon inherently moves in the vertical direction toward the sea surface. However, since currents occur in the sea, the buoyancy balloon could be driven off during the buoyancy movement.
  • a further advantageous embodiment of the invention may be provided to connect the buoyancy balloon with the at least one object with a guide device extending from the seabed to a predetermined position on the sea surface, for. B. extends to a ship.
  • the guide device can, for.
  • a rope sen which is located between the seabed and the sea surface. It is not mandatory that the rope is straightened. A curvature, z. B. depending on currents at different depths, is possible.
  • the guide means may be arranged for guiding the balloon device in a sinking movement towards the seabed.
  • the lifting of the at least one object from the seabed takes place according to the following steps, especially when water is used as buoyant liquid.
  • the z. B. is sold by a ship in the sea.
  • the fle ⁇ ible balloon envelope of the balloon lift is empty and preferably folded.
  • the balloon device is preferably equipped with a ballast body.
  • the ballast body has advantages in terms of sub ⁇ support the sinking motion in the deep sea, and localize ⁇ tion of the buoyant balloons on the seabed.
  • the buoyancy balloon After reaching the seafloor, the buoyancy balloon is positioned so that the feed opening faces the seabed.
  • the positioning is advantageously carried out at a location where the buoyancy balloon can be filled with water from a natural reservoir of elevated temperature and to which the at least one object to be lifted, such. B. raw material body, possibly in a container, is collected.
  • the at least one object to be lifted is coupled to the buoyancy ⁇ balloon.
  • the holding means of the balloon means comprises cables which are ge ⁇ swallowed up by the buoyancy of the balloon.
  • coupling is the at least one Object directly or container connected to the object with the ropes.
  • the buoyancy balloon is filled with water whose temperature is higher than the temperature of the surrounding
  • the buoyancy balloon inflates and takes a shape corresponding to the shape of the balloon envelope, z. B. ei ⁇ ne spherical shape.
  • the buoyancy balloon performs an initial climb.
  • the feed opening is closed using the ropes for coupling the at least one object.
  • the further ascending movement of the buoyancy balloon with the at least one object takes place towards the sea surface.
  • a gradual cooling of the water takes place in the buoyancy balloon.
  • the speed of the climbing movement can be reduced.
  • the rising movement is continued up to the sea surface.
  • the buoyancy balloon is equipped with a valve means from ⁇ .
  • the valve means is connected to the balloon envelope to derive resulting What residual gases or ⁇ serdampf from the interior of the balloon buoyancy in the order ⁇ ordinate.
  • advantages for the positioning and alignment of the balloon assembly to the seabed achieved ⁇ the, if this is provided with a buoyant body with which the buoyancy of the balloon and its components, but at least one object can be held in a floating state without. Furthermore, it is possible to equip the balloon device with steering bodies, which advantageously have a hydrodynamic effect during the sinking movement of the balloon device. With the steering bodies it is achieved that the buoyancy balloon is tightened in the folded state during the sinking movement.
  • buoyancy balloon If the buoyancy balloon is inflated, the transport containers with the corresponding metal conglomerates are attached in a suitable manner and the anchoring of the buoyancy balloon to the ground is released. The buoyancy balloon now rises with its load to the surface, where it can be completely recovered from a ship, freed of its load and shipped again in the folded state with a weight shipping hen hen in the depth.
  • the invention relies in particular on contact ei ⁇ NEN thermally insulated viable buoyancy balloon to comparable which is filled in the deep sea through hot springs or attached to certain points bore for obtaining HEATER ⁇ th water with this, so that in the buoyancy balloon a volume of water at a significantly higher temperature compared to the environment. In the deep sea, the temperature difference of the
  • FIGS. 1 and 2 are graphs illustrating thermodynamic conditions in the deep sea; a schematic illustration of Sinkbewe movement and positioning of the balloon device according to the invention;
  • FIGS. 4 and 5 schematic illustrations of the filling and loading of the balloon device according to the invention
  • FIGS 6 to 8 schematic illustrations of the Auftriebsbe movement of the balloon device according to the invention.
  • FIG. 9 shows schematic illustrations of preferred variants of the material of the balloon envelope of a buoyancy balloon used according to the invention.
  • Figure 10 is a schematic illustration of another embodiment of the invention in which water vapor is released during the buoyant movement; and another embodiment of the invention in which the buoyant liquid in the buoyancy balloon is electrically heated.
  • a balloon Einrich device with a buoyancy balloon which in the unfolded state, the outer shape of a rotating body, such as. B of a ball or an ellipsoid or a Caribbeanset zun from these, has.
  • the implementation of the invention in Pra ⁇ xis is not limited to the shapes shown, but also with other forms of buoyancy balloon with flat and / or curved surface sections, eg. In the form of a cuboid.
  • the buoyancy balloon may alternatively have a structured surface.
  • the surface of the balloon envelope may, for. B. be corrugated by embedded structural elements.
  • Embodiments of the invention in which a liquid hydrocarbon is used as buoyant liquid can be realized accordingly, in which case the buoyancy balloon does not have a feed opening as shown in the figures, but a smaller feed opening provided with a blocking element. and the liquid hydrocarbon is heated with an electric heater.
  • the concrete design of the balloon device according to the invention in particular the choice of the shape and size of the buoyancy balloon and the geometry and composition of the balloon envelope, can be retrieved by the skilled person depending on the specific conditions of use, in particular the depth of the sea, from which the at least one object is to be retrieved. the availability of natural hot water reservoirs, the flow conditions and the mass of the object.
  • the balloon is designed so that from the given depth, the given mass can be transported at a sufficient speed of the buoyancy movement to the sea surface to be salvaged there by a ship.
  • the skilled person can in particular refer to the following thermodynamic considerations with reference to Figures 1 and 2, the z. B. from the information on the Internet at www.lsbu.ac.uk/water/phase.html are known.
  • FIG. 1 shows a pressure (p) temperature (T) diagram of water.
  • Figure 1 shows the pT conditions under which water is in each case in the solid ("sol"), gaseous (“vap”), liquid (“liq”) or supercritical (“sup") phase.
  • the range of properties that occurs in the ocean is framed with a dashed box.
  • At the sea surface there is a pressure of 0.1 MPa, while the pressure in 10,000 m depth is slightly more than 100 MPa. Water with temperatures between -1 ° C (free sea water) and +400 ° C (from sources) is available.
  • Figure 2 shows a density (p) temperature (T) plot of seawater for various pressure conditions.
  • T density
  • the vertical lines of the curves of 0.1 MPa, 4 MPa, 20 MPa represent the transition to the gas phase.
  • the density also decreases significantly at a depth of 2,000 m.
  • Seawater of salinity of the Pacific has a density of 1050 kg / m 3 at 0 ° C. With increasing temperature, this also decreases at a depth of 7,000 m.
  • Water at a temperature of 300 ° C has a density of 800 kg / m 3 in 7,000 m water depth, which is about 80% of the value at 0 ° C.
  • the diagram illustrates the possibility of transporting considerable loads to the sea surface via the buoyancy of heated seawater, as shown below.
  • the buoyancy balloon strives perpendicularly to the surface without guidance, but it could drift through currents and stumble with strong buoyancy. Arrived on the surface, the buoyancy balloon floats recognizable on the surface as long as possible (eg.
  • Allowing cargo to the sea surface and its salvage can be estimated as follows:
  • FIG. 3 schematically illustrates phases of the preparation of the balloon device 100 according to the invention for carrying out the transport of a load from the seabed 2 to the sea surface.
  • the balloon assembly 100 includes a buoyancy balloon 10 and a retainer 20, which are described in greater detail below.
  • the balloon device 100 is first sunk by a ship (see also FIGS. 7 and 8) in the sea, wherein the buoyancy balloon 10 is in a folded-up state.
  • FIG. 3A schematically illustrates the sinking movement of the buoyancy balloon 10 in the folded state.
  • the buoyancy balloon 10 is connected to a ballast body 13, a buoyancy body 15 and steering bodies 16.
  • the ballast body 13 is a detachable from the buoyancy balloon 10 train weight with a mass of z. B. 50 kg, whose mass and shape are chosen so that the ballast body 13 during the sinking movement at the front end, i. in the direction of gravity (see arrow) at the lower end of the balloon device 100.
  • the steering bodies 16 are arranged at the opposite end of the balloon device 100.
  • the buoyant body 15 has a mass density less than water. It comprises, for example, at least one pressure-resistant, hollow glass ball embedded in a resin. The buoyancy body 15 is dimensioned so that it is empty
  • the ballast body 13 is connected via a cable to the buoyant body 15.
  • the steering body 16 have a plate shape, for. B. plate shape, whereby the buoyancy balloon 10 during the sinking movement to the rear, ie upwards, is tightened. Although the steering body 16 are heavier than water, but form due to their shape and attachment to ropes 17 a flow resistance.
  • the ropes 17 are connected via retaining rings 22 of the holding device 20 with the buoyancy balloon 10.
  • the retaining rings 22 are arranged distributed along the edge of a feed opening 12 of the buoyancy balloon 10. Through the retaining rings 22 runs a tether 21, with which the object to be lifted can be coupled.
  • the balloon device 100 may be equipped with a signaling device (not shown) suitable for communication, e.g. B. is set up with acoustic and / or electromagnetic waves.
  • the signaling device can emit acoustic signals or light signals, for example, which make it possible to locate the balloon device 100 during the descent movement and / or on the seabed 2.
  • FIG. 3B shows the situation when the ballast body 13 reaches the seabed 2.
  • the positioning of the inflation balloon 10 takes place in such a way that the supply opening 12 in the balloon envelope 11 faces the seabed 2. This is achieved in that the steering bodies 16 are no longer pushed backward by the flow during the sinking movement, but sink to the seabed 2.
  • the balloon envelope 11 is turned over (turned inside out). The outside of the balloon envelope 11 during the sinking movement becomes the inside of the balloon envelope 11 in the positioning of the balloon device 100 and the subsequent steps.
  • the balloon envelope 11 is slipped over the ballast body 13, while the steering body 16 and a transport ring 23, which is connected to the tether 21, sink to the seabed 2. Subsequently, the ballast body 13 is separated from the buoyancy body 15.
  • the separation can for example be done remotely with a release mechanism or automatically in response to the tensile load of the rope between the ballast body 13 and the buoyancy body 15.
  • the buoyant body 15 moves upward until the balloon sheath 11 is tightened in the vertical direction but turned in comparison with Fig. 3A.
  • the balloon envelope 11 is carried by the buoyant body 15.
  • the balloon device 100 Under the action of the steering body 16 and the transport ring 23, the balloon device 100 remains positioned on the seabed 2.
  • the steering bodies 16 are arranged on a curved, closed line, in particular approximately a circular line, spaced from one another, so that the feed opening 12 is clamped on the side of the buoyancy balloon 10 facing the seabed 2.
  • FIG. 4 shows the coupling of the object 1 to the balloon device 100 and the filling of the buoyancy balloon 10 with hot water 3.
  • FIG. 4A corresponds to the situation illustrated in FIG. 3C, wherein object 1 is additionally shown.
  • the object 1 comprises z. B. a container with manganese nodules, which is connected to the transport ring 23. The container is hung, for example, in the transport ring 23. Deviating from the representation with a single object, alternatively, several objects, for. B. several Benzol ⁇ ter with manganese nodules, in the transport ring 23 or in other transport rings (not shown) are mounted.
  • the buoyancy balloon 10 During the supply of the hot water from the source 4 in the buoyancy balloon 10 whose previous content, comprising cold seawater, gradually displaced into the environment and the balloon envelope 11 is fully deployed. As soon as an additional buoyancy force is generated by the hot water 3 in the balloon, the buoyancy balloon 10 performs an initial rising movement, so that the balloon envelope 11 and the tethers 21 are tightened. Since the tether 21 extends through the retaining rings 22 at the peripheral edge of the feed opening 12, the tightening of the tether 21, the retaining rings 22 are contracted and the supply port 12 is closed.
  • the supply port 12 is closed so that no or only a negligible mass transfer takes place between the interior of the buoyancy balloon 10 and the environment.
  • the situation of the buoyancy balloon 10 shortly before lifting off is shown again in FIG. 5, here with several objects 1 on the transporting ring 23.
  • the buoyancy balloon 10 is connected to water 3 having a temperature in the range of z. B. 200 ° C to 350 ° C filled, while the surrounding seawater has a temperature of about 0 ° C. Accordingly, the water 3 has a lower mass density than the surrounding seawater, so that the desired buoyancy force is generated.
  • the additional objects 1 shown in FIG. be ascended upward ascending movement of the balloon device 100 in the transport ring 23.
  • FIGS. 6 and 7 the further phases of the upward movement of the balloon device 100 with the buoyant balloon 10 and its recovery by a ship 40 on the sea surface 6 are shown schematically. It is emphasized that FIG. 7 is not a scale representation. In the reality of the deep sea, the extent of the balloon device 100 in the vertical direction (eg 5 m to 50 m) is much smaller than the depth of the sea of z. B. 4000 m.
  • Figure 6 shows the balloon device 100 with the attached objects 1 at the moment of lifting.
  • the supply opening 12 is completely cut off with the tether 21 so that cooling by means of a convection is prevented.
  • the buoyancy movement is in contrast to the gravitational direction (see arrow) towards the sea surface.
  • the balloon device 100 according to FIG. 7 reaches the sea surface 6, first the top side of the buoyancy balloon 10 becomes visible.
  • marking eg coloring
  • the balloon device 100 can be located from the ship 40.
  • a gripping device 41 such as.
  • the balloon device 100 can be taken with the objects 1 on board.
  • FIG. 8 illustrates the repeated execution of the method according to the invention with one or more balloon devices 100 for the recovery of raw materials.
  • FIG. 8 shows a guide device 30 with two guide cables 31, 32 with which the balloon device 100 can be moved during the lowering movement or during the buoyancy movement. is coupled.
  • the balloon device 100 is first sunk by a ship 40 in the sea.
  • the balloon device 100 performs a sinking movement in which the buoyant balloon 10 is folded and aligned under the action of the ballast body 13 and the steering body 16.
  • the balloon device 100 is connected to the first guide cable 31, z. B. via a rope coupled.
  • the first guide cable 31 is stretched between the ship 40 and a fixed position on the seabed 2.
  • the balloon device 100 can be moved away from the lower anchorage point of the first guide cable 31.
  • autonomous robot systems are used on the seabed 2 or diving equipment.
  • the balloon device 100 is connected to the second guide rope 32 the guide device 30 coupled.
  • the second guide cable 32 is stretched between the ship 40 and another position.
  • FIG. 9A illustrates a balloon envelope 11 in a perspective sectional view.
  • the balloon envelope 11 comprises a layer composite which is constructed as follows.
  • Adjacent thereto is a barrier layer 11.3 which has a lower thermal conductivity than the remaining layers of the balloon envelope 11.
  • the barrier layer 11.3 comprises z.
  • B. plastic such as. B.
  • outer skin 11.4 on the barrier layer 11.3, which forms the outside of the balloon envelope 11 in the state during the buoyancy phase of the buoyancy balloon.
  • the outer skin 11.4 is made of a durable material, such. As tissues, networks of plastic, metal, embedded in seawater-resistant rubbers or polymers produced, and optionally additionally equipped with reinforcing 11.6 elements. The reinforcing elements
  • the thickness and the material of the barrier layer 11.3 is selected so that during the buoyancy movement from the seabed 2 to the sea surface, a defined temperature reduction takes place and the formation of water vapor is avoided.
  • the method according to the invention can be carried out so that in the vicinity of the sea surface or on emergence the water in the buoyancy balloon is still so hot that it suddenly changes into the vapor state due to the decreasing pressure. This situation is in FIG. 10 schematically illustrated.
  • the density in the buoyancy balloon 10 decreases abruptly with simultaneous massive volume increase.
  • the feed opening 12 or further openings 12. 1 of the buoyant balloon 10 are pressed open so that water vapor 7 can escape from the buoyant balloon 10. If this is not sufficient, a valve device 14 can be integrated into the balloon envelope 11, through which water vapor can possibly escape into the environment.
  • the provision of the water 3 with elevated temperature does not necessarily have to be done using a natural source. Rather, an electric heater 50 may be provided for heating the water 3 in the buoyancy balloon 10.
  • the heater 50 includes an electrical resistance heating element 51 which is connected via a supply cable 52 to a power source, e.g. B. is connected to a ship on the sea surface. Via the connecting line 52, high-energy electrical energy is introduced into the resistance heating element 51 in order to heat the water 3 in the buoyancy balloon to the desired temperature.
  • the resistance heating element 51 protrudes z. B. through the feed opening 12 in the buoyancy balloon 10. If no supply opening is provided, for.
  • the resistance heating element 51 when using a liquid hydrocarbon as a buoyant liquid, the resistance heating element 51 is brought into thermal contact with the buoyancy fluid in the buoyancy balloon 10 by deformation of a flexible portion of the balloon envelope. After reaching the desired temperature, the buoyancy movement takes place towards the sea surface, as described above.

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Abstract

The invention relates to a method for lifting an object (1) from the sea floor, comprising the steps: coupling of the object (1) to a buoyancy balloon (10), and a buoyant motion of said buoyancy balloon (10) with the object (1), the buoyancy balloon (10) being filled with a buoyancy liquid such as, for example, water, the temperature of which is higher than the temperature of the sea water surrounding said buoyancy balloon (10). The invention also relates to a balloon device (100) which is configured for lifting an object (1) from the sea floor.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Heben eines Objekts  Method and device for lifting an object
vom Meeresboden  from the seabed
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Heben mindestens eines Objekts vom Meeresboden, insbesondere zum Transport von mineralischen Rohstoffen, wie z. B. Manganknollen oder anderen metallhaltigen Körpern, oder von anderen Lasten, wie z. B. Wracks, vom Meeresboden hin zur Meeresoberfläche. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Heben min¬ destens 'eines Objekts vom Meeresboden. Anwendungen der Erfindung sind z. B. beim unterseeischen Abbau von Bodenschätzen oder bei der Bergung von Gegenständen vom Meeresboden gege- ben. The invention relates to a method for lifting at least one object from the seabed, in particular for the transport of mineral resources, such. As manganese nodules or other metal-containing bodies, or other loads such. B. wrecks, from the seabed to the sea surface. Furthermore, the invention relates to a device for lifting min ¬ least 'of an object from the seabed. Applications of the invention are, for. For example, in the case of undersea mining of mineral resources or in the recovery of objects from the seabed.
In der Tiefsee (Meerestiefe unterhalb von 1000 m, insbesondere unterhalb von 2000 m) befinden sich auf dem Meeresboden mineralische Rohstoffe als Bodenschätze in Lockergesteinen (z. B. Manganknollen, Phosphorit, Mineralseifen). Es ist bei¬ spielsweise bekannt, dass in der Tiefsee aufgrund der gegebe¬ nen Druck-Temperatur-Bedingungen gelöste Substanzen in Form von Metallkonglomeraten ausfallen. Es bilden sich z. B. Me¬ tallknollen oder metallische Oberflächenüberzüge auf Minera- len aus Metallen oder Metallverbindungen, wie z. B. Mangan, Kobalt und anderen Materialien. Meeresböden mit derartigen Belegungen von ausgefällten Metallen oder Metallverbindungen, beispielsweise im Pazifik, bilden Erzlagerstätten von großer wirtschaftlicher Bedeutung. In the deep sea (sea depth below 1000 m, in particular below 2000 m), mineral raw materials are found on the seabed as mineral resources in loose rocks (eg manganese nodules, phosphorite, mineral soaps). It is known as playing at ¬ that in the deep sea turn dissolved substances in the form of metal conglomerates due to the gegebe ¬ nen pressure-temperature conditions. It form z. B. Me ¬ tallknollen or metallic surface coatings on mineralization len of metals or metal compounds, such. As manganese, cobalt and other materials. Seabeds with such deposits of precipitated metals or metal compounds, for example in the Pacific, form ore deposits of great economic importance.
Die industrielle Bergung mineralischer Rohstoffe aus der Tiefsee stellt eine technische Herausforderung dar, die bis¬ her nur unbefriedigend gelöst ist. Der Versuch, mit Saugrüs¬ seln den Meeresboden in 2000 m bis 7000 m Tiefe abzusaugen und damit z. B. Metallkonglomerate zu bergen, verträgt sich nicht mit dem Schutz der Tiefseebiotope und darüber liegenden Wassermassen. In DE 32 25 728 AI wird ein Manganknollenabbau mit einem so genannten Gefriergreifer vorgeschlagen, der je¬ doch für die praktische Verwendung die Tiefsee nur beschränkt geeignet ist und nicht das Heben der Manganknollen zur Meeresoberfläche erlaubt. The industrial recovery of minerals from the deep sea is a technical challenge that is solved only unsatisfactorily to ¬ ago. The attempt to aspirate with Saugrüs ¬ clauses the seabed in 2000 m to 7000 m depth and thus z. B. metal conglomerates, is incompatible with the protection of the deep-sea biotopes and overlying water masses. In DE 32 25 728 AI a Manganknollenabbau with a so-called freeze gripper is proposed, the ever ¬ for practical use, the deep sea is only limited and does not allow the lifting of manganese nodules to the sea surface.
In der Praxis wird die Erfüllung der folgenden Bedingungen für eine Ausbeutung von unterseeischen Rohstofflagerstätten angestrebt: (1) eine selektive und direkte Bergung der Rohstoffe ohne eine Zerstörung der biologischen Fauna, und (2) ein rückstandfreier Transport an die Meeresoberfläche ohne wesentliche Beeinträchtigung der Wasserschichtungen und Strö¬ mungsverhältnisse (d. h., bei der Bergung an die Meeresoberfläche transportierte Materialien dürfen nicht in das Oberflächenwasser zurückgegeben werden und durch die verschiedenen Tiefenbereiche auf den Meeresboden sedimentieren bzw. im Strömungswasser verteilt werden). Aufgrund von (1) ist ein Absaugen des Meeresbodens ausgeschlossen, während (2) bedeutet, dass nur geborgen werden soll, was abtransportiert wird, d. h. im günstigsten Fall ausschließlich die Metallkonglome¬ rate . In practice, the fulfillment of the following conditions for the exploitation of undersea mineral deposits shall be pursued: (1) selective and direct recovery of raw materials without destroying the biological fauna, and (2) residue-free transport to the sea surface without significant damage to the water strata and Strö ¬ flow conditions (that is, during the recovery to the sea surface transported materials can not be returned to the surface water and sediment by the different depth ranges to the sea floor or are distributed in the flow of water). Due to (1), a suction of the seabed is excluded, while (2) means that only to be recovered, what is transported away, ie in the most favorable case only the Metallkonglome ¬ rate.
Obwohl Robotersysteme vorgeschlagen wurden, welche Metallknollen einzeln oder in Gruppen am Meeresboden sammeln könnten, fehlt bisher eine praktikable Technik für den Transport von Metallknollen mit einem Summengewicht von z. B. Tonnen über eine Distanz von 2000 m bis 7000 m zur Meeresoberfläche und von dort auf Schiffe. Ein schädigungsarmer, umweltver¬ träglicher und energieeffizienter Transport der gesammelten Rohstoffe an die Oberfläche ist bisher nicht verfügbar. Eine Lösung des Problems wird dadurch erschwert, dass sich die Tiefseegebiete im freien Ozean weit entfernt vom Festlandso- ekel befinden und somit eine Bergungstechnik nicht ortsfest installiert, sondern mobil sein sollte. Although robotic systems have been proposed which could collect metal bulbs individually or in groups on the seabed, so far there is no practicable technique for transporting metal bulbs with a cumulative weight of e.g. B. tons over a distance of 2000 m to 7000 m to the sea surface and from there to ships. A damage poor umweltver ¬ more tolerable and energy-efficient transport of raw materials collected at the surface is not yet available. A solution to the problem is made more difficult by the fact that the deep-sea areas in the open ocean are far away from the mainland. disgusting and thus a salvage technology not installed stationary, but should be mobile.
Ein Problem der Bergung großer Lasten aus der Tiefsee besteht insbesondere darin, dass ein Auftrieb nur schwer erreichbar ist. Der hydrostatische Druck steigt alle 10 m um 1 bar. In einer Tiefe von 4000 m herrscht folglich ein Druck von ca. 400 bar = 40 MPa . Unter diesem Druck können gasgefüllte Systeme nicht zum Auftrieb verwendet werden, wie das im Flach- wasserbereich bei der Wrackbergung üblich ist, da das Gasvolumen extrem komprimiert wird und kaum mehr Auftrieb liefert. A problem of recovering large loads from the deep sea is in particular that a buoyancy is difficult to achieve. The hydrostatic pressure increases by 1 bar every 10 m. At a depth of 4000 m, there is consequently a pressure of approx. 400 bar = 40 MPa. Under this pressure, gas-filled systems can not be used for buoyancy, as is customary in the shallow water area in wreck recovery, since the gas volume is extremely compressed and hardly provides any more buoyancy.
Bei einer Auftriebstechnik für Tiefseetauchgeräte werden Glaskugelschäume (so genannte syntaktische Schäume, z. B. EL 34, Hersteller Trelleborg) , bestehend aus luftgefüllten, druckresistenten Glaskugeln, die in einem druckresistenten Verbundmedium eingebettet sind, verwendet. Diese Schäume erzielen allerdings nur einen relativen Auftrieb im Bereich von 10-20 %. Von Tiefseetauchgeräten sind des Weiteren Auftriebs- körper in Gestalt von nicht-druckresistenten Behältern bekannt, die z. B. mit Benzin gefüllt sind. Dabei wird jedoch auch nur ein geringer Auftrieb erzeugt, der für die Bergung von Rohstoffen unzureichend wäre. Des Weiteren kann von Nach¬ teil sein, dass die Behälter zum Gebrauch mit einem aktiven Antrieb oder unter der Wirkung einer Last in der Tiefsee versenkt werden. Schließlich sind auch großräumige, von Personen gesteuerte Tauchfahrzeuge, die für Tiefen von mehreren Kilometern ausgelegt und mit einer druckfesten Hülle ausgestattet sind, aus Kostengründen für die Bergung von Rohstoffen unge- eignet. In a buoyancy technique for deep-sea diving devices, glass ball foams (so-called syntactic foams, eg EL 34, manufacturer Trelleborg) consisting of air-filled, pressure-resistant glass spheres embedded in a pressure-resistant composite medium are used. However, these foams only achieve a relative lift in the range of 10-20%. In addition, buoyancy bodies in the form of non-pressure-resistant containers are known by deep-sea diving apparatus, which are known for example from B. are filled with gasoline. However, only a small amount of lift is generated, which would be insufficient for the recovery of raw materials. Furthermore, can be of some ¬ After that the containers are sunk for use with an active drive or under the effect of a load in the deep sea. Finally, large-scale, person-controlled submersibles, which are designed for depths of several kilometers and equipped with a pressure-resistant casing, are unsuitable for cost reasons for the recovery of raw materials.
Die Aufgaben der Erfindung sind es, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Heben mindestens eines Objekts vom Meeresboden, insbesondere zum Transport von mineralischen Rohstoffen oder anderen Lasten vom Meeresboden hin zur Meeresoberfläche bereitzustellen, mit denen Nachteile herkömmlicher Techniken vermieden werden. Die Erfindung soll insbesondere ermöglichen, Gegenstände mit großen Massen, wie z. B. Rohstoffe, vom Meeresboden schädigungsarm, umweltverträglich und/oder energieeffizient in Richtung Meeresoberfläche zu transportieren. The objects of the invention are an improved method and an improved device for lifting at least one object from the seabed, in particular for the transport of mineral resources or other loads from the seabed to the sea surface to avoid the disadvantages of conventional techniques. The invention should in particular allow objects with large masses, such. As raw materials, low-damage from the seabed, environmentally friendly and / or energy efficient transport towards the sea surface.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren und eine Vorrich- tung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. These objects are achieved by a method and a device having the features of the independent claims.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.  Advantageous embodiments and applications of the invention will become apparent from the dependent claims.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt beruht die Erfindung auf der allgemeinen technischen Lehre, ein Verfahren zum Heben mindestens eines Objekts vom Meeresboden bereitzustellen, bei dem das mindestens eine Objekt mit einem Auftriebsballon verbunden und eine Auftriebsbewegung des Auftriebsballons mit dem Objekt ausgeführt wird. Gemäß der Erfindung ist vorgese- hen, dass der Auftriebsballon mit einer Auftriebsflüssigkeit gefüllt ist. Gemäß der Erfindung ist des Weiteren vorgesehen, dass die Temperatur der Auftriebsflüssigkeit im Auftriebsballon höher als die Temperatur des Meerwassers ist, das den Auftriebsballon umgibt. Die Auftriebsflüssigkeit ist allge- mein eine Flüssigkeit mit einer Dichte, die kleiner oder gleich der Dichte von Wasser, insbesondere von Meerwasser ist. Die Massendichte der Auftriebsflüssigkeit ist z. B. geringer als 1100 kg/m3, insbesondere geringer als 1050 kg/m3 (z. B. geringer als 1000 kg/m3) . Die Auftriebsflüssigkeit um- fasst z. B. Wasser oder eine flüssige KohlenwasserstoffVerbindung. Mit der erhöhten Temperatur ist die Massendichte der Auftriebsflüssigkeit im Auftriebsballon relativ zur Massendichte des umgebenden Meerwassers deutlich verringert, so dass eine im Vergleich zu herkömmlichen Techniken höhere Auf- triebskraft erzeugt wird. Mit der Erfindung wird ermöglicht, große Massen im Tonnen-Bereich, insbesondere bis zu 1 t oder mehr, z. B. 5 t oder 10 t oder mehr, vom Meeresboden zu heben. Vorteilhafterweise ist das Wasser, wenn es im Auftriebs¬ ballon als Auftriebsflüssigkeit verwendet wird, am Meeresbo¬ den verfügbar und muss nicht wie bei herkömmlichen Auftriebskörpern zum Meeresboden transportiert werden. Die Verwendung einer erhitzten flüssigen Kohlenwasserstoffverbindung bedeutet zwar, dass diese im Auftriebsballon zum Meeresboden transportiert werden muss. Im Unterschied zur herkömmlichen Verwendung von Benzin für den Auftrieb ergeben sich aber Vorteile aus einer erhöhten Auftriebskraft bzw. aus der Möglichkeit, einen Auftriebsballon mit einem verringerten Volumen zu verwenden . According to a first aspect, the invention is based on the general technical teaching to provide a method for lifting at least one object from the seabed, in which the at least one object is connected to a buoyancy balloon and a buoyancy movement of the buoyancy balloon is carried out with the object. According to the invention, it is provided that the buoyancy balloon is filled with a buoyancy fluid. According to the invention, it is further provided that the temperature of the buoyant liquid in the buoyant balloon is higher than the temperature of the seawater surrounding the buoyant balloon. The buoyancy fluid is generally a fluid having a density that is less than or equal to the density of water, especially seawater. The mass density of the buoyant liquid is z. B. less than 1100 kg / m 3 , in particular less than 1050 kg / m 3 (eg., Less than 1000 kg / m 3 ). The buoyancy liquid comprises z. As water or a liquid hydrocarbon compound. With the elevated temperature, the mass density of the buoyant liquid in the buoyant balloon is significantly reduced relative to the bulk density of the surrounding seawater, so that a higher buildup than conventional techniques is achieved. driving force is generated. The invention makes it possible to produce large masses in the ton range, in particular up to 1 t or more, for. B. 5 t or 10 t or more to lift from the seabed. Advantageously, the water when it is used in the lift ¬ balloon as buoyancy liquid, the available on Meeresbo ¬ and need not be transported as in conventional buoyancy bodies to the sea floor. Although the use of a heated liquid hydrocarbon compound means that it must be transported in the buoyancy balloon to the seabed. In contrast to the conventional use of gasoline for buoyancy, however, there are advantages from an increased buoyancy force or from the possibility of using a buoyancy balloon with a reduced volume.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt beruht die Erfindung auf der allgemeinen technischen Lehre, eine Balloneinrichtung bereitzustellen, die zum Heben mindestens eines Objekts vom Meeresboden konfiguriert ist und einen Auftriebsballon mit einer Ballonhülle (Ballonhaut) , deren Innenraum mit einer Auftriebsflüssigkeit befüllbar ist, und eine Halteeinrichtung umfasst, mit der das mindestens eine Objekt mit dem Auftriebsballon koppelbar ist. Gemäß der Erfindung ist der Auf- triebsballon zur Aufnahme der Auftriebsflüssigkeit mit einer erhöhten Temperatur oberhalb der Temperatur von Meerwasser, das den Auftriebsballon umgibt, eingerichtet. Des Weiteren weist gemäß der Erfindung die Ballonhülle eine derart geringe Wärmeleitfähigkeit auf, dass die Auftriebsflüssigkeit im Auftriebsballon bei der erhöhten Temperatur gehalten werden kann. Die Wärmeleitfähigkeit ist so gewählt, dass die Auf¬ triebsflüssigkeit im Auftriebsballon bei der erhöhten Temperatur für ein Zeitintervall gehalten werden kann, das für ei¬ ne Auftriebsbewegung der Balloneinrichtung zur Meeresoberflä¬ che erforderlich ist. Die erfindungsgemäße Balloneinrichtung ist ein Unterwasserfahrzeug, das durch den statischen Auftrieb der erwärmten Auftriebsflüssigkeit im Auftriebsballon getragen wird. Der Auftriebsballon ist zur Aufnahme von z. B. Wasser oder einer flüssige KohlenwasserstoffVerbindung mit der erhöhten Temperatur eingerichtet. According to a second aspect, the invention is based on the general technical teaching to provide a balloon device which is configured for lifting at least one object from the seabed and comprises a buoyancy balloon with a balloon envelope (balloon skin), the interior of which is filled with a buoyancy fluid, and a holding device, with which the at least one object with the buoyancy balloon can be coupled. According to the invention, the launching balloon is adapted to receive the buoyant liquid at an elevated temperature above the temperature of seawater surrounding the buoyant balloon. Furthermore, according to the invention, the balloon shell has such a low thermal conductivity that the buoyancy fluid in the buoyancy balloon can be maintained at the elevated temperature. The thermal conductivity is selected so that the on ¬ operating liquid can be maintained in the buoyancy balloon at the elevated temperature for a time interval that is necessary for egg ¬ ne buoyancy uplift of the balloon device for Meeresoberflä ¬ surface. The balloon device according to the invention is an underwater vehicle carried by the static buoyancy of the heated buoyancy fluid in the buoyancy balloon. The buoyancy balloon is for receiving z. As water or a liquid hydrocarbon compound at the elevated temperature set.
Gemäß der Erfindung wird als Auftriebsflüssigkeit besonders bevorzugt Wasser verwendet. Mit dem Begriff "Wasser" wird jede Flüssigkeit bezeichnet, die chemisch reines Wasser und ggf. darin gelöste Stoffe enthält. Das Wasser kann salzhaltig, insbesondere chemisch identisch mit dem Meerwasser, sein oder unterirdisches Bodenwasser umfassen. Alternativ wird als Auftriebsflüssigkeit eine flüssige KohlenwasserstoffVerbindung verwendet. Mit dem Begriff "flüssige Kohlenwasserstoff- Verbindung" wird jede organische Flüssigkeit bezeichnet, die eine geringere Dichte als Meerwasser in der Tiefsee hat, wie z. B. Ethanol, Benzin, Leichtöle. According to the invention, water is most preferably used as buoyancy fluid. The term "water" refers to any liquid that contains chemically pure water and possibly dissolved substances. The water may be salty, especially chemically identical to seawater, or may include underground soil water. Alternatively, a liquid hydrocarbon compound is used as the buoyant liquid. By the term "liquid hydrocarbon compound" is meant any organic liquid which has a lower density than seawater in the deep sea, such as e.g. As ethanol, gasoline, light oils.
Zum Heben des mindestens eines Objekts vom Meeresboden wird der Auftriebsballon typischerweise unmittelbar am Meeresboden bereitgestellt, wobei der Auftriebsballon mit der Auftriebsflüssigkeit erhöhter Temperatur bereits befüllt ist oder befüllt wird, und in Richtung Meersoberfläche bewegt. Mit der Formulierung "vom Meeresboden" wird jedoch auch eine Anwendung der Erfindung umfasst, bei der das zu hebende Objekt nicht unmittelbar am Meeresboden liegt, sondern z. B. aufgrund der verwendeten Bergungstechnik, in einer bestimmten Höhe, z. B. auf einer Plattform, über dem Meeresboden positioniert ist. Gemäß der Erfindung wird das mindestens eine Objekt vom Meeresboden in Richtung hin zur Meeresoberfläche angehoben (geliftet) . Der Transport führt typischerweise bis zur Meeresoberfläche, wo das mindestens eine Objekt in ein Schiff übernommen wird. Alternativ kann der Transport alternativ zu einer Position unterhalb der Meeresoberfläche füh- ren, z. B. zu einem unterseeischen Transporter oder einer anderen Position am Meeresboden. To lift the at least one object from the seabed, the buoyancy balloon is typically provided directly on the seabed, wherein the buoyancy balloon is already filled or filled with the buoyant fluid of elevated temperature, and moved in the direction of the sea surface. However, with the phrase "from the seabed" is also an application of the invention comprises, in which the object to be lifted is not directly on the seabed, but z. B. due to the salvage technique used, at a certain height, z. B. on a platform, is positioned over the seabed. According to the invention, the at least one object is raised (lifted) from the seabed towards the sea surface. The transport typically leads to the sea surface, where the at least one object is taken over into a ship. Alternatively, the transport may alternatively lead to a position below the sea surface. ren, z. B. to a submarine transporter or another position on the seabed.
Die Erfindung ist für den Transport verschiedener Arten von Objekten geeignet, die allgemein Festkörper umfassen. Vorzugsweise umfasst das mindestens eine Objekt einen Behälter, wie z. B. ein Netz oder Käfig, mit einer Vielzahl von Rohstoff-Körpern, wie z. B. Metallknollen. Vorteilhafterweise ermöglicht die Erfindung, selektiv aufgenommene Metallknollen umweltschonend und ggf. sogar ohne Nutzung externer Energiequellen im Tonnenmaßstab aus der Tiefsee an die Meeresoberfläche zu transportieren und auf hoher See durch Schiffe zu bergen. Ein weiterer Vorteil ist es, dass dieser Prozess frei wiederholbar ist und zielgenau und mit einem Minimum an zusätzlichen Komponenten auf dem Meeresboden ausführbar ist. Sowohl die Fauna vor Ort als auch die darüber liegenden Wasservolumina werden nicht oder nur geringfügig durch den The invention is suitable for the transport of various types of objects, generally comprising solids. Preferably, the at least one object comprises a container, such. As a network or cage, with a variety of commodity bodies, such as. B. metal tubers. Advantageously, the invention allows selectively accommodated metal tubers environmentally friendly and possibly even without the use of external energy sources on a ton scale from the deep sea to the sea surface to transport and salvage on the high seas by ships. Another advantage is that this process is freely repeatable and can be executed accurately and with a minimum of additional components on the seabed. Both the fauna on site and the overlying water volumes are not or only slightly by the
Transport beeinflusst und nicht kontaminiert. Transport affected and not contaminated.
Die Temperatur der Auftriebsflüssigkeit kann in Abhängigkeit von den konkreten Anwendungsbedingungen der Erfindung, insbe¬ sondere der Masse des zu transportierenden Objekts und der Dauer des Transports gewählt werden. Vorteile für eine hohe Auftriebskraft und die stabile Beibehaltung des flüssigen Zu- stands der Auftriebsflüssigkeit , insbesondere des Wassers im Auftriebsballon ergeben sich, wenn die Temperatur der Auftriebsflüssigkeit im Auftriebsballon beim Beginn der Auftriebsbewegung mindestens 80 °C, insbesondere mindestens 100 °C und/oder höchstens 350 °C, insbesondere höchstens 300 °C beträgt . The temperature of the buoyancy liquid can be chosen depending on the specific application conditions of the invention, in particular ¬ sondere the mass of the object to be transported and the duration of transport. Advantages for a high buoyancy force and the stable maintenance of the liquid state of the buoyancy liquid, in particular of the water in the buoyancy balloon arise when the temperature of the buoyant liquid in the buoyancy balloon at the beginning of the buoyancy at least 80 ° C, especially at least 100 ° C and / or at most 350 ° C, in particular at most 300 ° C.
Es besteht die Möglichkeit, die Auftriebsflüssigkeit am Meeresboden oder im Auftriebsballon auf die gewünschte Temperatur aufzuheizen, z. B. mit einer elektrischen Heizeinrich- tung. Besonders bevorzugt ist jedoch eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Auftriebsflüssigkeit Wasser umfasst, das mit erhöhter Temperatur aus einem natürlichen Reservoir in den Auftriebsballon eingefüllt wird. In der Tiefsee sind heiße Quellen (»not smoker«) vorhanden, aus denen das Wasser mit einer Temperatur bis zu 400 °C austritt. Dieses heiße Wasser wird, ggf. durch eine Leitungseinrichtung, in den Auftriebsballon geleitet, wobei sich der Auftriebsballon über oder in der Nähe der heißen Quelle entfalten kann. Sind derartige Heißwasserquellen nicht verfügbar, kann durch eine Tiefenbohrung am Ozeanboden über bekannte Geothermie- Verfahren eine Heißwasserquelle künstlich erzeugt werden. Vorzugsweise wird somit Wasser aus einer unterseeischen Quelle und/oder einer unterseeischen Bohrung durch die Zufuhröffnung in den Innenraum des Auftriebsballons geleitet. Diese Ausführungsformen haben den wichtigen Vorteil, dass Wasser in natürlichen Reservoiren bereits mit einer erhöhten Temperatur, z. B. in den o. g. Bereichen vorliegt. Für den Transport kann somit die Erdwärme als natürliches Energiereservoir genutzt werden. It is possible to heat the buoyancy fluid on the seabed or buoyancy balloon to the desired temperature, for. B. with an electric heater tung. However, particularly preferred is an embodiment of the invention in which the buoyant liquid comprises water, which is filled at elevated temperature from a natural reservoir in the buoyancy balloon. In the deep sea hot springs (»not smoker«) are present, from which the water with a temperature up to 400 ° C emerges. This hot water is directed into the buoyancy balloon, optionally through conduit means, whereby the buoyancy balloon can deploy over or near the hot spring. If such hot water sources are not available, a hot water well can be artificially generated by deep drilling on the ocean floor using known geothermal methods. Preferably, water is thus directed from a subsea well and / or a subsea well through the feed orifice into the interior of the buoyant balloon. These embodiments have the important advantage that water in natural reservoirs already at an elevated temperature, for. B. is present in the above areas. Thus, the geothermal heat can be used as a natural energy reservoir for transport.
Insbesondere für die Befüllung des Auftriebsballons am Meeresboden weist die Ballonhülle vorzugsweise eine verschlie߬ bare Zufuhröffnung auf, durch die der Auftriebsballon mit der Auftriebsflüssigkeit befüllbar ist. Die Zufuhröffnung hat bei der Verwendung von Wasser eine Größe derart, dass die Befül¬ lung des Auftriebsballons innerhalb eines Zeitintervalls erfolgen kann, das im Vergleich zur Dauer eines Temperaturausgleichs mit dem umgebenden Meerwasser vernachlässigbar gering ist. Demgegenüber kann die Zufuhröffnung bei der Verwendung einer flüssigen KohlenwasserstoffVerbindung eine geringere Größe aufweisen. Für den Aufwärtstransport wird - anders als bei einem Heißluftballon - die Zufuhröffnung vorzugsweise verschlossen, wobei dieser Verschluss nicht vollständig wasserdicht sein muss. Der Verschluss ist so gestaltet, dass an der Zufuhröff- nung kein direkter Wärmeaustausch der kalten Wassers der Umgebung (Temperatur z. B. -1 bis +5°C) mit der heißen Auftriebsflüssigkeit erfolgt. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist somit vorgesehen, dass der Auftriebsballon während der Auftriebsbewegung allseits ge- schlössen ist. Die Zufuhröffnung ist insbesondere so blockiert, dass ein Flüssigkeitsaustausch zwischen dem Innenraum des Auftriebsballons und der Umgebung unterbunden oder vernachlässigbar gering ist. Vorteilhafterweise wird dadurch ein Wärmeabfluss durch Konvektion verhindert. In particular, for the filling of the buoyancy balloon on the seabed, the balloon shell preferably has a verschließ ¬ bare supply port through which the buoyancy balloon is filled with the buoyant liquid. The feed opening has a size such that the Befül ¬ development of the buoyant balloon may take place within a time interval which is negligibly small compared to the duration of a temperature compensation with the surrounding sea water with the use of water. In contrast, when using a liquid hydrocarbon compound, the feed opening may be smaller in size. For upward transport, unlike a hot air balloon, the feed opening is preferably closed, but this closure need not be completely watertight. The closure is designed in such a way that no direct heat exchange of the cold ambient water (temperature eg -1 to + 5 ° C) with the hot buoyant liquid takes place at the feed opening. According to a further advantageous embodiment of the invention it is thus provided that the buoyancy balloon is closed on all sides during the buoyancy movement. The feed opening is blocked in particular so that a liquid exchange between the interior of the buoyancy balloon and the environment is prevented or negligible. Advantageously, this prevents heat dissipation by convection.
Vorzugsweise umfasst die Ballonhülle ein flexibles und faltbares Material. Dies ermöglicht, insbesondere bei der Verwendung von Wasser als Auftriebsflüssigkeit , den Auftriebsballon in einem gefalteten Zustand schnell und energiesparend zum Meeresboden zu transportieren. Alternativ oder zusätzlich kann die Zufuhröffnung eine Öffnung unmittelbar in der Ballonhülle umfassen. Vorteilhafterweise wird damit die Struktur der Balloneinrichtung vereinfacht. Im Unterschied zu einem Heißluftballon, dessen Ballonhaut möglichst leicht und dünn ausgeführt ist, stellt die Dicke der Ballonhülle des erfindungsgemäß verwendeten Auftriebsballons keine kritische Größe dar. So kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die Ballonhülle ein Schichtverbundmaterial, ggf. mit Strukturelementen wie Rippen oder Versteifungen, umfassen. Die Ballonhülle kann z. B. ein Kunststoffgewebe-Verbundmaterial und/oder geschäumte Materialien umfassen, die Vorteile hinsichtlich einer geringen Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Das Schichtverbundmaterial kann aus mehreren Schichten mit jeweils verschiedenen Funktionen gebildet sein. Eine Schicht kann beispielsweise ein wasserdichtes Material aufweisen, während eine andere Schicht beispielsweise ein thermisch isolierendes Material aufweisen kann. Alternativ kann die Ballonhülle aus einer einzigenPreferably, the balloon envelope comprises a flexible and foldable material. This makes it possible to transport the buoyancy balloon in a folded state quickly and energy-savingly to the seabed, in particular when using water as the buoyant liquid. Alternatively or additionally, the feed opening may include an opening directly in the balloon envelope. Advantageously, this simplifies the structure of the balloon device. In contrast to a hot-air balloon whose balloon skin is made as light and thin as possible, the thickness of the balloon envelope of the buoyancy balloon used in the present invention is not a critical size. Thus, according to a further advantageous embodiment of the invention, the balloon envelope, a layer composite material, possibly with structural elements such as ribs or Stiffeners, include. The balloon envelope can z. As a plastic fabric composite material and / or foamed materials, which have advantages in terms of low thermal conductivity. The layered composite material can be formed of several layers, each with different functions. For example, one layer may comprise a waterproof material, while another layer may comprise a thermally insulating material, for example. Alternatively, the balloon envelope of a single
Schicht aus thermisch isolierendem Material hergestellt sein. Layer be made of thermally insulating material.
Die Tragfähigkeit der Balloneinrichtung hängt von Zustandsgrößen des Auftriebsballons ab, welche die Temperatur der Auftriebsflüssigkeit im Inneren des Auftriebsballons beim Beginn der Auftriebsbewegung, die Temperatur des Meerwassers auf der Außenseite des Auftriebsballons beim Beginn der Auftriebsbewegung, das Volumen des Auftriebsballons und die Wärmeleitfähigkeit der Ballonhülle umfassen. The buoyancy of the balloon device depends on buoyancy balloon state variables that include the buoyancy fluid temperature inside the buoyancy balloon at the beginning of the buoyancy, the seawater temperature on the buoyancy balloon outside at the beginning of the buoyancy, the volume of the buoyancy balloon, and the thermal conductivity of the balloon shell.
Vorteilhafterweise ermöglicht die Erfindung, dass die Tragfähigkeit der Balloneinrichtung gezielt vorgegeben wird, indem mindestens eine der genannten Zustandsgrößen eingestellt wird. Bei praktischen Anwendungen der Erfindung besteht ins- besondere die Möglichkeit, das Volumen des Auftriebsballons und die Wärmeleitfähigkeit der Ballonhülle so zu wählen, dass eine für das konkret zu hebende Objekt ausreichende Tragfähigkeit erreicht wird. Aufgrund der besonderen Druck-Temperaturbedingungen in der Tiefsee und entlang des Aufstiegswe- ges zur Meeresoberfläche können Zustandsgrößen des Auftriebsballons so eingestellt werden, dass die Auftriebsflüssigkeit im Auftriebsballon während der Auftriebsbewegung verschiedene Zustände einnimmt. Gemäß einer ersten Variante werden Zustandsgrößen, insbesondere die Wärmeleitfähigkeit der Ballon- hülle, so gewählt, dass während der Auftriebsbewegung ein Teil der Auftriebsflüssigkeit im Auftriebsballon in Dampf, insbesondere Wasserdampf, umgewandelt wird. Diese Umwandlung wird erreicht, indem eine Ballonhülle mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit (hohe Isolationsfähigkeit) verwendet wird derart, dass die Temperatur der Auftriebsflüssigkeit im Auftriebsballon mit abnehmendem hydrostatischen Druck des umgebenden Meerwassers den Siedepunkt übersteigt. Vorteilhafterweise kann der Dampf zur Beschleunigung der Auftriebsbewegung verwendet werden. Beispielsweise kann bei der Verwendung von Wasser als Auftriebsflüssigkeit ein Teil vom Wasserdampf aus dem Auftriebsballon ausgetrieben werden. Alternativ kann sich der Auftriebsballon zumindest in einem Teilbereich der Ballonhülle zusätzlich aufblähen, so dass sich sein Volumen ver- größert. Advantageously, the invention makes it possible to specifically predetermine the carrying capacity of the balloon device by setting at least one of the stated state variables. In practical applications of the invention, it is possible, in particular, to choose the volume of the buoyant balloon and the heat conductivity of the balloon envelope in such a way that a sufficient carrying capacity for the object to be lifted is achieved. Due to the particular pressure-temperature conditions in the deep sea and along the ascent to the sea surface, state variables of the buoyancy balloon can be adjusted so that the buoyancy fluid in the buoyancy balloon during the buoyancy movement assumes different states. According to a first variant, state variables, in particular the thermal conductivity of the balloon envelope, are selected such that during the buoyant movement part of the buoyant liquid in the buoyancy balloon is converted into steam, in particular water vapor. This conversion is achieved by using a balloon envelope with a low thermal conductivity (high isolation capability) such that the temperature of the buoyant liquid in the buoyancy balloon exceeds the boiling point with decreasing hydrostatic pressure of the surrounding seawater. Advantageously, the steam can be used to accelerate the buoyancy movement. For example, when using water as the buoyant liquid, a part of the water vapor can be expelled from the buoyancy balloon. Alternatively, the buoyancy balloon may additionally inflate, at least in a partial region of the balloon envelope, so that its volume increases.
Andererseits besteht die Möglichkeit, Zustandsgrößen des Auftriebsballons, insbesondere die Wärmeleitfähigkeit der Ballonhülle, so zu wählen, dass eine Dampfbildung unterbunden wird. Diese Variante der Erfindung wird ermöglicht, indem die Ballonhülle eine Wärmeleitfähigkeit aufweist, die so gewählt ist, dass die Abkühlung der Auftriebsflüssigkeit im Auftriebsballon auf dem Weg zur Meeresoberfläche so erfolgt, dass der Siedepunkt der Auftriebsflüssigkeit ständig unter- schritten bleibt. Bei dieser Variante der Erfindung bleibt die Auftriebsflüssigkeit im Auftriebsballon während der Auftriebsbewegung vollständig im flüssigen Zustand. On the other hand, it is possible to choose state variables of the buoyancy balloon, in particular the heat conductivity of the balloon envelope, in such a way that vapor formation is prevented. This variant of the invention is made possible by the balloon shell having a thermal conductivity which is selected so that the cooling of the buoyant liquid in the buoyancy balloon on the way to the sea surface takes place so that the boiling point of the buoyant liquid constantly falls below. In this variant of the invention, the buoyancy fluid in the buoyancy balloon during the buoyancy movement remains completely in the liquid state.
Die Auftriebskraft ist entgegengesetzt zur Gravitationskraft gerichtet. Daher bewegt sich der Auftriebsballon inhärent in vertikaler Richtung hin zur Meeresoberfläche. Da jedoch im Meer Strömungen auftreten, könnte der Auftriebsballon während der Auftriebsbewegung abgetrieben werden. Um dies zu vermeiden, kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, den Auftriebsballon mit dem mindestens einen Objekt mit einer Führungseinrichtung zu verbinden, die sich vom Meeresboden zu einer vorbestimmten Position an der Meeresoberfläche, z. B. zu einem Schiff erstreckt. Die Führungseinrichtung kann z. B. ein Seil umfas- sen, das zwischen dem Meeresboden und der Meeresoberfläche angeordnet ist. Es ist nicht zwingend erforderlich, dass das Seil gerade ausgerichtet ist. Eine Krümmung, z. B. in Abhängigkeit von Strömungen in verschiedenen Tiefen, ist möglich. Zusätzlich kann die Führungseinrichtung zur Führung der Balloneinrichtung bei einer Sinkbewegung hin zum Meeresboden eingerichtet sein. The buoyancy force is directed opposite to the gravitational force. Therefore, the buoyancy balloon inherently moves in the vertical direction toward the sea surface. However, since currents occur in the sea, the buoyancy balloon could be driven off during the buoyancy movement. To avoid this, according to a further advantageous embodiment of the invention may be provided to connect the buoyancy balloon with the at least one object with a guide device extending from the seabed to a predetermined position on the sea surface, for. B. extends to a ship. The guide device can, for. For example, a rope sen, which is located between the seabed and the sea surface. It is not mandatory that the rope is straightened. A curvature, z. B. depending on currents at different depths, is possible. In addition, the guide means may be arranged for guiding the balloon device in a sinking movement towards the seabed.
Gemäß einer besonders bevorzugten Verfahrensführung erfolgt, insbesondere bei der Verwendung von Wasser als Auftriebsflüs- sigkeit, das Heben des mindestens einen Objekts vom Meeresboden entsprechend den folgenden Schritten. According to a particularly preferred method, the lifting of the at least one object from the seabed takes place according to the following steps, especially when water is used as buoyant liquid.
Zunächst erfolgt eine Sinkbewegung der Balloneinrichtung, die z. B. von einem Schiff in das Meer abgesetzt wird. Die fle¬ xible Ballonhülle des Auftriebsballons ist zunächst leer und vorzugsweise zusammengefaltet. Des Weiteren ist die Balloneinrichtung vorzugsweise mit einem Ballastkörper ausgestattet. Der Ballastkörper hat Vorteile in Bezug auf die Unter¬ stützung der Sinkbewegung in die Tiefsee und die Lokalisie¬ rung des Auftriebsballons am Meeresboden. First, a descending movement of the balloon device, the z. B. is sold by a ship in the sea. The fle ¬ ible balloon envelope of the balloon lift is empty and preferably folded. Furthermore, the balloon device is preferably equipped with a ballast body. The ballast body has advantages in terms of sub ¬ support the sinking motion in the deep sea, and localize ¬ tion of the buoyant balloons on the seabed.
Nach Erreichen des Meeresbodens wird der Auftriebsballon so positioniert, dass die Zufuhröffnung zum Meeresboden weist. Die Positionierung erfolgt vorteilhafterweise an einem Ort, an dem der Auftriebsballon mit Wasser aus einem natürlichen Reservoir erhöhter Temperatur gefüllt werden kann und an den das mindestens eine zu hebende Objekt, wie z. B. Rohstoff- Körper, ggf. in einem Behälter, gesammelt ist. After reaching the seafloor, the buoyancy balloon is positioned so that the feed opening faces the seabed. The positioning is advantageously carried out at a location where the buoyancy balloon can be filled with water from a natural reservoir of elevated temperature and to which the at least one object to be lifted, such. B. raw material body, possibly in a container, is collected.
Das mindestens eine zu hebende Objekt wird mit dem Auftriebs¬ ballon gekoppelt. Vorzugsweise umfasst die Halteeinrichtung der Balloneinrichtung Seile, die um den Auftriebsballon ge¬ schlungen sind. Bei der Ankopplung wird das mindestens eine Objekt unmittelbar oder der Behälter mit dem Objekt mit den Seilen verbunden. The at least one object to be lifted is coupled to the buoyancy ¬ balloon. Preferably, the holding means of the balloon means comprises cables which are ge ¬ swallowed up by the buoyancy of the balloon. When coupling is the at least one Object directly or container connected to the object with the ropes.
Anschließend wird der Auftriebsballon mit Wasser befüllt, dessen Temperatur höher als die Temperatur des umgebendenSubsequently, the buoyancy balloon is filled with water whose temperature is higher than the temperature of the surrounding
Meerwassers ist. Der Auftriebsballon bläht sich auf und nimmt eine Gestalt entsprechend der Form der Ballonhülle, z. B. ei¬ ne sphärische Gestalt an. Dabei führt der Auftriebsballon eine anfängliche Steigbewegung aus. Vorzugsweise wird in dieser Situation die Zufuhröffnung unter Verwendung der Seile zur Ankopplung des mindestens einen Objekts geschlossen. Seawater is. The buoyancy balloon inflates and takes a shape corresponding to the shape of the balloon envelope, z. B. ei ¬ ne spherical shape. The buoyancy balloon performs an initial climb. Preferably, in this situation, the feed opening is closed using the ropes for coupling the at least one object.
Anschließend erfolgt die weitere Steigbewegung des Auftriebsballons mit dem mindestens einen Objekt hin zur Meeresober- fläche. Während der Steigbewegung erfolgt zwar eine allmähliche Abkühlung des Wassers im Auftriebsballon . Dabei kann sich die Geschwindigkeit der Steigbewegung verringern. Bei geeigneter Wahl der Zustandsgröße bei Beginn der Auftriebsbewegung wird die Steigbewegung jedoch bis zur Meeresoberfläche fort- gesetzt. Subsequently, the further ascending movement of the buoyancy balloon with the at least one object takes place towards the sea surface. During the ascending movement, a gradual cooling of the water takes place in the buoyancy balloon. In this case, the speed of the climbing movement can be reduced. With a suitable choice of the state variable at the beginning of the buoyancy movement, however, the rising movement is continued up to the sea surface.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfin¬ dung ist der Auftriebsballon mit einer Ventileinrichtung aus¬ gestattet. Besonders bevorzugt ist die Ventileinrichtung mit der Ballonhülle verbunden, um Restgase oder entstehenden Was¬ serdampf aus dem Innenraum des Auftriebsballons in dessen Um¬ gebung abzuleiten. According to a further advantageous embodiment of the dung OF INVENTION ¬ the buoyancy balloon is equipped with a valve means from ¬. Particularly preferably, the valve means is connected to the balloon envelope to derive resulting What residual gases or ¬ serdampf from the interior of the balloon buoyancy in the order ¬ gebung.
Des Weiteren können Vorteile für die Positionierung und Aus- richtung der Balloneinrichtung am Meeresboden erreicht wer¬ den, wenn diese mit einem Auftriebskörper ausgestattet ist, mit dem der Auftriebsballon und seine Bestandteile, jedoch ohne das mindestens eine Objekt in einem schwebenden Zustand gehalten werden kann. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, die Balloneinrichtung mit Lenkkörpern auszustatten, die vorteilhafterweise eine hydrodynamische Wirkung bei der Sinkbewegung der Ballonein- richtung haben. Mit den Lenkkörpern wird erreicht, dass der Auftriebsballon im zusammengefalteten Zustand während der Sinkbewegung gestrafft wird. Furthermore, advantages for the positioning and alignment of the balloon assembly to the seabed achieved ¬ the, if this is provided with a buoyant body with which the buoyancy of the balloon and its components, but at least one object can be held in a floating state without. Furthermore, it is possible to equip the balloon device with steering bodies, which advantageously have a hydrodynamic effect during the sinking movement of the balloon device. With the steering bodies it is achieved that the buoyancy balloon is tightened in the folded state during the sinking movement.
Ist der Auftriebsballon aufgebläht, werden die Transportbe- hälter mit den entsprechenden Metallkonglomeraten in geeigneter Weise eingehangen und die Verankerung des Auftriebsbal- lons am Boden gelöst. Der Auftriebsballon steigt nun mit seiner Last zur Oberfläche auf, wo er von einem Schiff komplett geborgen werden kann, von seiner Last befreit wird und erneut im wieder zusammengefalteten Zustand mit einem Gewicht verse¬ hen in die Tiefe verfrachtet wird. If the buoyancy balloon is inflated, the transport containers with the corresponding metal conglomerates are attached in a suitable manner and the anchoring of the buoyancy balloon to the ground is released. The buoyancy balloon now rises with its load to the surface, where it can be completely recovered from a ship, freed of its load and shipped again in the folded state with a weight shipping hen hen in the depth.
Zusammengefasst beruht die Erfindung insbesondere darauf, ei¬ nen thermisch isolierten, tragfähigen Auftriebsballon zu ver- wenden, der in der Tiefsee über heiße Quellen oder eine an bestimmten Stellen angebrachte Bohrung zur Gewinnung erhitz¬ ten Wassers mit diesem befüllt wird, so dass sich im Auftriebsballon ein Wasservolumen mit deutlich höherer Temperatur im Vergleich zur Umgebung befindet. Wichtig für den Auf- trieb ist auch in der Tiefsee die Temperaturdifferenz desIn summary, the invention relies in particular on contact ei ¬ NEN thermally insulated viable buoyancy balloon to comparable which is filled in the deep sea through hot springs or attached to certain points bore for obtaining HEATER ¬ th water with this, so that in the buoyancy balloon a volume of water at a significantly higher temperature compared to the environment. In the deep sea, the temperature difference of the
Wassers innerhalb der Ballonhülle zur Umgebung. Für den Auf¬ trieb bis zur Oberfläche sind des Weiteren die Dauer der Abkühlung des Auftriebsballon-Innenvolumens , sowie der gerich¬ tete Transport zur Oberfläche und zum Schiff von Bedeutung. Water within the balloon envelope to the environment. For the up ¬ drove up to the surface are furthermore the duration of the cooling of the buoyancy balloon interior volume, and the court ¬ preparing transport to the surface and the ship is important.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen: Figuren 1 und 2: Kurvendarstellungen zur Illustration thermo- dynamischer Bedingungen in der Tiefsee; eine schematische Illustration der Sinkbewe gung und Positionierung der erfindungsgemäßen Balloneinrichtung; Further details and advantages of the invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Show it: FIGS. 1 and 2 are graphs illustrating thermodynamic conditions in the deep sea; a schematic illustration of Sinkbewe movement and positioning of the balloon device according to the invention;
Figuren 4 und 5: schematische Illustrationen der Befüllung und Beladung der erfindungsgemäßen Balloneinrichtung; Figures 4 and 5: schematic illustrations of the filling and loading of the balloon device according to the invention;
Figuren 6 bis 8: schematische Illustrationen der Auftriebsbe wegung der erfindungsgemäßen Balloneinrichtung; Figures 6 to 8: schematic illustrations of the Auftriebsbe movement of the balloon device according to the invention;
Figur 9: schematische Illustrationen bevorzugter Varianten des Materials der Ballonhülle eines erfindungsgemäß verwendeten Auftriebsbal- lons; FIG. 9 shows schematic illustrations of preferred variants of the material of the balloon envelope of a buoyancy balloon used according to the invention;
Figur 10: eine schematische Illustration einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der während der Auftriebsbewegung Wasserdampf freigesetzt wird; und eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die Auftriebsflüssigkeit im Auftriebsballon elektrisch geheizt wird. Figure 10 is a schematic illustration of another embodiment of the invention in which water vapor is released during the buoyant movement; and another embodiment of the invention in which the buoyant liquid in the buoyancy balloon is electrically heated.
Merkmale bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden beispielhaft unter Bezug auf eine Balloneinrich tung mit einem Auftriebsballon beschrieben, der im entfalteten Zustand die äußere Form eines Rotationskörpers, wie z. B einer Kugel oder eines Ellipsoiden oder einer Zusammenset zun aus diesen, aufweist. Die Umsetzung der Erfindung in der Pra¬ xis ist jedoch nicht auf die gezeigten Formen beschränkt, sondern auch mit anderen Formen des Auftriebsballons mit ebenen und/oder gekrümmten Oberflächenabschnitten, z. B. in Ges- talt eines Quaders, möglich. Des Weiteren kann der Auftriebsballon abweichend von den gezeigten Beispielen mit einer glatten Oberfläche der Ballonhülle alternativ eine strukturierte Oberfläche aufweisen. Die Oberfläche der Ballonhülle kann z. B. durch eingebettete Strukturelemente gewellt sein. Features of preferred embodiments of the invention are described below by way of example with reference to a balloon Einrich device with a buoyancy balloon, which in the unfolded state, the outer shape of a rotating body, such as. B of a ball or an ellipsoid or a Zusammenset zun from these, has. The implementation of the invention in Pra ¬ xis is not limited to the shapes shown, but also with other forms of buoyancy balloon with flat and / or curved surface sections, eg. In the form of a cuboid. Furthermore, unlike the examples shown, with a smooth surface of the balloon envelope, the buoyancy balloon may alternatively have a structured surface. The surface of the balloon envelope may, for. B. be corrugated by embedded structural elements.
Des Weiteren wird im Folgenden vorrangig auf die besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung Bezug genommen, bei der Wasser als Auftriebsflüssigkeit verwendet wird. Ausführungsformen der Erfindung, bei denen ein flüssiger Kohlenwas- serstoff als Auftriebsflüssigkeit verwendet wird, können entsprechend realisiert werden, wobei in diesen Fällen der Auftriebsballon keine Zufuhröffnung, wie sie in den Figuren dargestellt ist, aufweist, sondern eine kleinere, mit einem Sperrelement ausgestattet Zufuhröffnung, und der flüssige Kohlenwasserstoff mit einer elektrischen Heizeinrichtung erwärmt wird. Furthermore, reference will be made in the following primarily to the particularly preferred embodiment of the invention, in which water is used as buoyant liquid. Embodiments of the invention in which a liquid hydrocarbon is used as buoyant liquid can be realized accordingly, in which case the buoyancy balloon does not have a feed opening as shown in the figures, but a smaller feed opening provided with a blocking element. and the liquid hydrocarbon is heated with an electric heater.
Die konkrete Gestaltung der erfindungsgemäßen Balloneinrichtung, insbesondere die Wahl der Form und Größe des Auftriebs- ballons und der Geometrie und Zusammensetzung der Ballonhülle, kann vom Fachmann in Abhängigkeit von den konkreten Anwendungsbedingungen, insbesondere der Meerestiefe, aus dem das mindestens eine Objekt geborgen werden soll, der Verfügbarkeit natürlicher Heißwasserreservoire, den Strömungsver- hältnissen und der Masse des Objekts gewählt werden. Dabei wird der Ballon so gestaltet, dass aus der gegebenen Tiefe die gegebene Masse mit einer ausreichenden Geschwindigkeit der Auftriebsbewegung zur Meeresoberfläche transportiert werden kann, um dort mit einem Schiff geborgen zu werden. Dabei kann der Fachmann insbesondere auf die folgenden thermodyna- mischen Überlegungen unter Bezug auf die Figuren 1 und 2 zurückgreifen, die z. B. aus den Angaben im Internet unter www.lsbu.ac.uk/water/phase.html bekannt sind. Dabei zeigt Fi- gur 1 ein Druck (p) -Temperatur (T) -Diagramm von Wasser. In Figur 1 sind die p-T-Bedingungen gezeigt, unter denen Wasser jeweils in der festen ("sol"), gasförmigen ("vap"), flüssigen ("liq") oder superkritischen ("sup") Phase ist. In Figur 1 ist der Bereich der Eigenschaften, der im Ozean auftritt, mit einem gestrichelten Kasten eingerahmt. An der Meeresoberfläche herrscht ein Druck von 0.1 MPa, während der Druck in 10.000 m Tiefe etwas mehr als 100 MPa beträgt. Wasser mit Temperaturen zwischen -1°C (freies Meerwasser) und +400 °C (aus Quellen) ist verfügbar. The concrete design of the balloon device according to the invention, in particular the choice of the shape and size of the buoyancy balloon and the geometry and composition of the balloon envelope, can be retrieved by the skilled person depending on the specific conditions of use, in particular the depth of the sea, from which the at least one object is to be retrieved. the availability of natural hot water reservoirs, the flow conditions and the mass of the object. In this case, the balloon is designed so that from the given depth, the given mass can be transported at a sufficient speed of the buoyancy movement to the sea surface to be salvaged there by a ship. there the skilled person can in particular refer to the following thermodynamic considerations with reference to Figures 1 and 2, the z. B. from the information on the Internet at www.lsbu.ac.uk/water/phase.html are known. FIG. 1 shows a pressure (p) temperature (T) diagram of water. Figure 1 shows the pT conditions under which water is in each case in the solid ("sol"), gaseous ("vap"), liquid ("liq") or supercritical ("sup") phase. In Figure 1, the range of properties that occurs in the ocean is framed with a dashed box. At the sea surface there is a pressure of 0.1 MPa, while the pressure in 10,000 m depth is slightly more than 100 MPa. Water with temperatures between -1 ° C (free sea water) and +400 ° C (from sources) is available.
Des Weiteren zeigt Figur 2 ein Dichte (p) -Temperatur (T) - Diagramm von Meerwasser für verschiedene Druckbedingungen. Für Meereswasser bis in eine Tiefe von 7.000 m treffen die Kurven unterhalb der fett gedruckten 70 MPa-Linie (Kurve A) zu. Die senkrechten Linien der Kurven von 0,1 MPa, 4 MPa, 20 MPa stellen den Übergang zur Gasphase dar. Die Dichte nimmt auch noch in einer Tiefe von 2.000 m deutlich ab. Meereswasser der Salinität des Pazifik hat eine Dichte von 1050 kg/m3 bei 0°C. Mit wachsender Temperatur nimmt diese auch noch in einer Tiefe von 7.000 m ab. Wasser einer Temperatur von 300°C besitzt in 7.000 m Wassertiefe eine Dichte von 800 kg/m3 , das sind etwa 80% des Wertes bei 0°C. Das Diagramm illustriert die Möglichkeit, über den Auftrieb erwärmten Meereswassers erhebliche Lasten an die Meeresoberfläche zu transpor- tieren, wie im Folgenden dargestellt ist. Further, Figure 2 shows a density (p) temperature (T) plot of seawater for various pressure conditions. For seawater to a depth of 7,000 m, the curves below the bold 70 MPa line (curve A). The vertical lines of the curves of 0.1 MPa, 4 MPa, 20 MPa represent the transition to the gas phase. The density also decreases significantly at a depth of 2,000 m. Seawater of salinity of the Pacific has a density of 1050 kg / m 3 at 0 ° C. With increasing temperature, this also decreases at a depth of 7,000 m. Water at a temperature of 300 ° C has a density of 800 kg / m 3 in 7,000 m water depth, which is about 80% of the value at 0 ° C. The diagram illustrates the possibility of transporting considerable loads to the sea surface via the buoyancy of heated seawater, as shown below.
Zunächst wird gezeigt, dass heißes Wasser in der Tiefsee zur Erzeugung einer Auftriebskraft verwendet werden kann. Dies ergibt sich zunächst daraus, dass sich die Dichte von Wasser mit steigender Temperatur verringert. Dabei ist das Verhalten des Wassers in seiner Volumen-Temperatur-Abhängigkeit, nicht unter isobaren Verhältnissen (0,1 MPa) , sondern zusätzlich in der Abhängigkeit vom Druck zu betrachten (V-T-P-Diagramme ) . First, it is shown that hot water in the deep sea can be used to generate a buoyant force. This initially results from the fact that the density of water decreased with increasing temperature. Here, the behavior of the water in its volume-temperature dependence, not under isobaric conditions (0.1 MPa), but also in dependence on the pressure to consider (VTP diagrams).
Bei einer Temperatur höher als +374 °C und unter einem Druck größer als 221 bar, geht Wasser in einen superkritischen Zustand über (Bereich „sup" in Figur 1) . Das bedeutet, es besteht kein Unterschied zwischen dem flüssigen und dem gasför- migen Zustand, weil das Gas die gleiche Dichte annimmt, wie vorher die Flüssigkeit. Figur 1 zeigt, dass der natürliche Temperaturbereich der Tiefsee an heißen Quellen nach unseren heutigen Kenntnissen in den superkritischen Zustandsbereich des Wassers hineinragt. I.d.R. treten allerdings an heißen Tiefseequellen niedrigere Temperaturen, zwischen 100 °C und 300 °C, auf. In ganz wenigen Fällen sind 400 °C belegt, so dass man davon ausgehen kann, dass in dem hier relevanten Bereich von 2 bis 7 km Wassertiefe und Temperaturen unter 350 °C keine superkritischen Verhältnisse auftreten. At a temperature higher than +374 ° C and under a pressure higher than 221 bar, water becomes supercritical (range "sup" in Figure 1), meaning that there is no difference between the liquid and gaseous ones It shows that the natural temperature range of the deep sea at hot springs projects into the supercritical state of the water, according to our present knowledge, but lower temperatures occur at hot deep sea sources 100 ° C and 300 ° C, in very few cases, 400 ° C are occupied, so that one can assume that in the relevant range of 2 to 7 km water depth and temperatures below 350 ° C no supercritical conditions occur.
Des Weiteren hat sich gezeigt, dass selbst bei steigendem Druck eine Ausdehnung erwärmten Wassers möglich ist und zu welchem Auftrieb diese führt. Die Dichtedifferenz erlaubt dann abzuschätzen, welches Transportpotenzial die Erfindung bietet. Furthermore, it has been shown that even with increasing pressure, an expansion of heated water is possible and to which buoyancy this leads. The density difference then allows to estimate which transport potential the invention offers.
In Figur 2 ist die Dichte p des Wassers (Ordinate) , seine Temperatur T (Abszisse) , für verschiedene Drucke in MPa (Kur¬ ven) dargestellt. Wird der Tiefseebereich von 7 km Tiefe bis zur Oberfläche betrachtet, so variiert die Dichte des Wassers auf einer Kurve A (fett gedruckt) , die dicht über der von 60 MPa liegt. Beschränkt man sich auf Temperaturen unterhalb +350 °C, dann sieht man, dass erwärmtes Wasser auch in der Tiefsee noch ein deutlich größeres Volumen einnimmt als bei einer Temperatur von 0-20 °C. Erst bei einem Druck von über 400 MPa wäre das nicht mehr der Fall, was jedoch nicht realistischen Meerestiefen von 40 km entspräche. Entscheidend für den Auftrieb ist somit die Temperaturdifferenz zur Umge- bung. Bei einer Tiefe von beispielsweise 3.000 m und 300 °C Wassertemperatur ergibt sich eine um etwa 20% verringerte Dichte des warmen Wassers. Der für den Auftrieb nutzbare Bereich ist in Figur 2 mit dem schraffierten Dreieck markiert. Für einen erfindungsgemäß verwendeten Auftriebsballon mit einem Radius von 5 m ergibt sich die folgende Abschätzung: Das Heißwasservolumen beträgt rd. 523 m3. Mit einer 20- prozentigen Verringerung der Dichte (entspricht einer Wassertemperatur unter +300 °C) ergibt sich ein verdrängtes Volumen von ca. 105 m3 Kaltwasser. Damit ergibt sich ein Auftrieb entsprechend dem verdrängten Wasservolumen im ein- bis zweistelligen Tonnenbereich. In Figure 2, the density p of the water (ordinate), its temperature T (abscissa) for different pressures in MPa (Kur ¬ ven) shown. If the deep-sea area of 7 km depth is considered to the surface, the density of the water varies on a curve A (in bold), which is close to that of 60 MPa. If one limits oneself to temperatures below +350 ° C, then one sees that warmed up water occupies still a clearly larger volume also in the deep sea than at a temperature of 0-20 ° C. Only at a pressure of over 400 MPa that would no longer be the case, which would not correspond to realistic sea depths of 40 km. Decisive for the buoyancy is thus the temperature difference to the environment. At a depth of, for example, 3,000 m and 300 ° C water temperature results in a reduced by about 20% density of the warm water. The usable for buoyancy area is marked in Figure 2 with the hatched triangle. For a buoyancy balloon with a radius of 5 m used according to the invention, the following estimate results: The hot water volume is approx. 523 m 3 . With a 20% reduction in density (corresponds to a water temperature below +300 ° C) results in a displaced volume of about 105 m 3 cold water. This results in a buoyancy corresponding to the displaced water volume in the one to two-digit ton range.
Da der Druck beim Aufstieg abnimmt, zeigen die entsprechenden Kurven in Figur 2, dass bei Drücken um 24 MPa und darunter eine starke Abnahme der Dichte zu verzeichnen ist. Diese senkrecht abfallenden Linien in Figur 2 bedeuten, dass das flüssige Wasser bei diesem Druck schlagartig in den gasförmigen Zustand übergeht und sprungartig ein sehr großes Volumen einnimmt. Liegt beispielsweise die Temperatur des Wassers im Auftriebsballon noch über 250 °C, so würde bei 4 MPa (also in 400 m Tiefe) das Wasser schlagartig gasförmig und das 800- fache Volumen einnehmen. Dieser Effekt kann einerseits genutzt werden, um den Auftrieb des Systems zu erhöhen, erfordert dann aber technische Mittel, um einen Teil des entstehenden Gases abzublasen. Andererseits besteht die Möglichkeit durch die Gestaltung der Auftriebsballonhaut die Gasbildung zu unterbinden. Letzteres ist möglich, indem die Haut des Auftriebsballons nicht zu gut thermisch isoliert wird, sondern gerade so, dass die Abkühlung auf dem Weg zur Oberfläche in einem Maße erfolgt, bei welchem der Siedepunkt immer unterschritten bleibt. Beide Va- rianten werden unten erläutert. As the pressure on the ascent decreases, the corresponding curves in Figure 2 show that at pressures around 24 MPa and below there is a large decrease in density. These vertically sloping lines in Figure 2 mean that the liquid water at this pressure abruptly passes into the gaseous state and suddenly takes a very large volume. If, for example, the temperature of the water in the buoyancy balloon is still above 250 ° C, then at 4 MPa (ie at a depth of 400 m) the water would suddenly become gaseous and take up 800 times the volume. This effect can be used on the one hand to increase the buoyancy of the system, but then requires technical means to blow off a portion of the resulting gas. On the other hand, it is possible by the design of the buoyancy balloon skin to prevent gas formation. The latter is possible by the skin of the buoyancy balloon is not too well insulated thermally, but just so that the cooling on the way to the surface takes place to an extent in which the boiling point is always below. Both variants are explained below.
Während der Auftriebsbewegung strebt der Auftriebsballon ohne Führung senkrecht hin zur Oberfläche streben, wobei er jedoch durch Strömungen verdriften und bei starkem Auftrieb taumeln könnte. An der Oberfläche angekommen, schwimmt der Auftriebsballon noch so lange erkennbar an der Oberfläche (z. B. During the buoyancy movement, the buoyancy balloon strives perpendicularly to the surface without guidance, but it could drift through currents and stumble with strong buoyancy. Arrived on the surface, the buoyancy balloon floats recognizable on the surface as long as possible (eg.
sichtbar durch Färbung, Signale, etc.), bis die Auftriebskraft durch die weitere Abkühlung des Wassers im Auftriebsballon durch das Gewicht des Auftriebsballon mit seiner Last kompensiert und nachfolgend unterschritten werden würde, so dass der Auftriebsballon mit der Fracht wieder in die Tiefsee sinken würde. Die Zeit, über die das System die Wärme im Innenvolumen halten muss, um einen sicheren Transport der visible by staining, signals, etc.), until the buoyancy force would be compensated by the further cooling of the water in the buoyancy balloon by the weight of the buoyancy balloon with his load and below below, so that the buoyancy balloon with the cargo would sink back into the deep sea. The time over which the system must keep the heat in the internal volume to ensure safe transport of the
Fracht zur Meeresoberfläche und deren Bergung zu erlauben, kann wie folgt abgeschätzt werden: Allowing cargo to the sea surface and its salvage can be estimated as follows:
Geht man von einer Steiggeschwindigkeit der Auftriebsbewegung von einem halben Meter pro Sekunde aus und nimmt an, dass man sich in 6.000 m Tiefe befindet, so dauert der Auftauchvorgang 12.000 Sekunden = 200 Minuten. Nimmt man nun an, dass zurAssuming a rate of upward movement of half a meter per second and assuming that you are at a depth of 6,000 meters, it will take 12,000 seconds = 200 minutes. Assuming now that the
Bergung des Auftriebsballons wenigstens 30 Minuten zur Verfügung stehen sollen, so ergibt sich eine Zeit von 230 Minuten, über die das Auftriebsballoninnere bei einer ausreichend hohen Temperatur gehalten werden muss, damit ein Nettoauftrieb des Gesamtsystems bis zur Bergung erhalten bleibt. Recovery of the buoyancy balloon should be available for at least 30 minutes, so there is a time of 230 minutes, over which the buoyancy balloon interior must be kept at a sufficiently high temperature, so that a net buoyancy of the entire system is maintained until salvage.
Zum freien Aufstieg besteht die alternative Variante, den Auftriebsballon an einem Führungsseil nach oben steigen zu lassen, das eine Verbindung zwischen dem Startpunkt am Mee- resboden und dem Schiff herstellt (siehe unten, Figur 8). An einem zweiten Seil kann der Abtransport in die Tiefe vorgenommen werden. In Figur 3 sind Phasen der Vorbereitung der erfindungsgemäßen Balloneinrichtung 100 zur Durchführung des Transports einer Last vom Meeresboden 2 hin zur Meeresoberfläche schematisch illustriert. Die Balloneinrichtung 100 umfasst einen Auftriebsballon 10 und eine Halteeinrichtung 20, die mit weite- ren Einzelheiten unten beschrieben werden. For free ascent, there is the alternative option of raising the buoyancy balloon upwards on a guide rope, which establishes a connection between the starting point on the sea. Resboden and the ship manufactures (see below, Figure 8). On a second rope, the removal can be made in depth. FIG. 3 schematically illustrates phases of the preparation of the balloon device 100 according to the invention for carrying out the transport of a load from the seabed 2 to the sea surface. The balloon assembly 100 includes a buoyancy balloon 10 and a retainer 20, which are described in greater detail below.
Die Balloneinrichtung 100 wird zunächst von einem Schiff (siehe auch Figuren 7 und 8) im Meer versenkt, wobei sich der Auftriebsballon 10 in einem zusammengefalteten Zustand befin- det. In Figur 3A ist die Sinkbewegung des Auftriebsballons 10 im zusammengefalteten Zustand schematisch illustriert. Der Auftriebsballon 10 ist mit einem Ballastkörper 13, einem Auftriebskörper 15 und Lenkkörpern 16 verbunden. Der Ballastkörper 13 ist ein vom Auftriebsballon 10 lösbares Zuggewicht mit einer Masse von z. B. 50 kg, dessen Masse und Form so gewählt sind, dass sich der Ballastkörper 13 während der Sinkbewegung am vorderen Ende, d.h. in Gravitationsrichtung (siehe Pfeil) am unteren Ende der Balloneinrichtung 100 befindet. Die Lenkkörper 16 sind am entgegengesetzten Ende der Balloneinrich- tung 100 angeordnet. The balloon device 100 is first sunk by a ship (see also FIGS. 7 and 8) in the sea, wherein the buoyancy balloon 10 is in a folded-up state. FIG. 3A schematically illustrates the sinking movement of the buoyancy balloon 10 in the folded state. The buoyancy balloon 10 is connected to a ballast body 13, a buoyancy body 15 and steering bodies 16. The ballast body 13 is a detachable from the buoyancy balloon 10 train weight with a mass of z. B. 50 kg, whose mass and shape are chosen so that the ballast body 13 during the sinking movement at the front end, i. in the direction of gravity (see arrow) at the lower end of the balloon device 100. The steering bodies 16 are arranged at the opposite end of the balloon device 100.
Der Auftriebskörper 15 hat eine Massendichte geringer als Wasser. Er umfasst beispielsweise mindestens eine druckresis- tente, hohle Glaskugel, die in einem Harz eingebettet ist. Der Auftriebskörper 15 ist so bemessen, dass er die leereThe buoyant body 15 has a mass density less than water. It comprises, for example, at least one pressure-resistant, hollow glass ball embedded in a resin. The buoyancy body 15 is dimensioned so that it is empty
Ballonhülle 11 des Auftriebsballons 10 tragen kann. Der Ballastkörper 13 ist über ein Seil mit dem Auftriebskörper 15 verbunden . Die Lenkkörper 16 besitzen eine Plattenform, z. B. Tellerform, wodurch der Auftriebsballon 10 während der Sinkbewegung nach hinten, d.h. nach oben, gestrafft wird. Die Lenkkörper 16 sind zwar schwerer als Wasser, bilden aber aufgrund ihrer Form und Anbringung an Seilen 17 einen Strömungswiderstand. Die Seile 17 sind über Halteringe 22 der Halteeinrichtung 20 mit dem Auftriebsballon 10 verbunden. Die Halteringe 22 sind entlang des Randes einer Zufuhröffnung 12 des Auftriebsbal- lons 10 verteilt angeordnet. Durch die Halteringe 22 läuft ein Halteseil 21, mit dem das zu hebende Objekt koppelbar ist . Can carry balloon envelope 11 of the buoyancy balloon 10. The ballast body 13 is connected via a cable to the buoyant body 15. The steering body 16 have a plate shape, for. B. plate shape, whereby the buoyancy balloon 10 during the sinking movement to the rear, ie upwards, is tightened. Although the steering body 16 are heavier than water, but form due to their shape and attachment to ropes 17 a flow resistance. The ropes 17 are connected via retaining rings 22 of the holding device 20 with the buoyancy balloon 10. The retaining rings 22 are arranged distributed along the edge of a feed opening 12 of the buoyancy balloon 10. Through the retaining rings 22 runs a tether 21, with which the object to be lifted can be coupled.
Zusätzlich kann die Balloneinrichtung 100 mit einer Signaleinrichtung (nicht dargestellt) ausgestattet sein, die für eine Kommunikation, z. B. mit akustischen und/oder elektromagnetischen Wellen eingerichtet ist. Die Signaleinrichtung kann beispielsweise akustische Signale oder Lichtsignale abgeben, die eine Ortung der Balloneinrichtung 100 während der Sinkbewegung und/oder am Meeresboden 2 ermöglichen. In addition, the balloon device 100 may be equipped with a signaling device (not shown) suitable for communication, e.g. B. is set up with acoustic and / or electromagnetic waves. The signaling device can emit acoustic signals or light signals, for example, which make it possible to locate the balloon device 100 during the descent movement and / or on the seabed 2.
In Figur 3B ist die Situation gezeigt, wenn der Ballastkörper 13 den Meeresboden 2 erreicht. Die Positionierung des Auf- triebsballons 10 erfolgt derart, dass die Zufuhröffnung 12 in der Ballonhülle 11 zum Meeresboden 2 weist. Dies wird er- reicht, indem die Lenkkörper 16 nicht weiter durch die Strö-, mung bei der Sinkbewegung nach hinten gedrückt werden, sondern zum Meeresboden 2 sinken. Dabei wird die Ballonhülle 11 gewendet (umgekrempelt) . Die Außenseite der Ballonhülle 11 während der Sinkbewegung wird zur Innenseite der Ballonhülle 11 bei der Positionierung der Balloneinrichtung 100 und den nachfolgenden Schritten. Die Ballonhülle 11 wird über den Ballastkörper 13 gestülpt, während die Lenkkörper 16 und ein Transportring 23, der mit dem Halteseil 21 verbunden ist, auf den Meeresboden 2 sinken. Anschließend wird der Ballast körper 13 vom Auftriebskörper 15 getrennt. Die Trennung kann beispielsweise ferngesteuert mit einem Ausklinkmechanismus oder automatisch in Abhängigkeit von der Zugbelastung des Seils zwischen dem Ballastkörper 13 und dem Auftriebskörper 15 erfolgen. Im Ergebnis bewegt sich, wie in Figur 3C gezeigt, der Auftriebskörper 15 nach oben, bis die Ballonhülle 11 in vertikaler Richtung gestrafft, im Vergleich zu Figur 3A jedoch gewendet ist. Die Ballonhülle 11 wird vom Auftriebskörper 15 getragen. Unter der Wirkung der Lenkkörper 16 und des Transportringes 23 bleibt die Balloneinrichtung 100 am Meeresboden 2 positioniert. Durch die Wendung der Ballonhülle 11 sind die Lenkkörper 16 auf einer gekrümmten, geschlossenen Linie, insbesondere ungefähr einer Kreislinie, voneinander beabstandet angeordnet, so dass die Zufuhröffnung 12 auf der zum Meeresboden 2 weisenden Seite des Auftriebsballons 10 aufgespannt wird. FIG. 3B shows the situation when the ballast body 13 reaches the seabed 2. The positioning of the inflation balloon 10 takes place in such a way that the supply opening 12 in the balloon envelope 11 faces the seabed 2. This is achieved in that the steering bodies 16 are no longer pushed backward by the flow during the sinking movement, but sink to the seabed 2. The balloon envelope 11 is turned over (turned inside out). The outside of the balloon envelope 11 during the sinking movement becomes the inside of the balloon envelope 11 in the positioning of the balloon device 100 and the subsequent steps. The balloon envelope 11 is slipped over the ballast body 13, while the steering body 16 and a transport ring 23, which is connected to the tether 21, sink to the seabed 2. Subsequently, the ballast body 13 is separated from the buoyancy body 15. The separation can for example be done remotely with a release mechanism or automatically in response to the tensile load of the rope between the ballast body 13 and the buoyancy body 15. As a result, as shown in Fig. 3C, the buoyant body 15 moves upward until the balloon sheath 11 is tightened in the vertical direction but turned in comparison with Fig. 3A. The balloon envelope 11 is carried by the buoyant body 15. Under the action of the steering body 16 and the transport ring 23, the balloon device 100 remains positioned on the seabed 2. As a result of the turn of the balloon envelope 11, the steering bodies 16 are arranged on a curved, closed line, in particular approximately a circular line, spaced from one another, so that the feed opening 12 is clamped on the side of the buoyancy balloon 10 facing the seabed 2.
In Figur 4 ist die Ankopplung des Objekts 1 an die Ballonein- richtung 100 und die Befüllung des Auftriebsballons 10 mit heißem Wasser 3 gezeigt. Figur 4A entspricht der in Figur 3C illustrierten Situation, wobei zusätzlich das Objekt 1 gezeigt ist. Das Objekt 1 umfasst z. B. einen Behälter mit Manganknollen, der mit dem Transportring 23 verbunden ist. Der Behälter wird beispielsweise in den Transportring 23 eingehängt. Abweichend von der Darstellung mit einem einzelnen Objekt können alternativ mehrere Objekte, z. B. mehrere Behäl¬ ter mit Manganknollen, in den Transportring 23 oder in weitere Transportringe (nicht dargestellt) eingehängt werden. FIG. 4 shows the coupling of the object 1 to the balloon device 100 and the filling of the buoyancy balloon 10 with hot water 3. FIG. 4A corresponds to the situation illustrated in FIG. 3C, wherein object 1 is additionally shown. The object 1 comprises z. B. a container with manganese nodules, which is connected to the transport ring 23. The container is hung, for example, in the transport ring 23. Deviating from the representation with a single object, alternatively, several objects, for. B. several Behäl ¬ ter with manganese nodules, in the transport ring 23 or in other transport rings (not shown) are mounted.
Nach der Kopplung des Objekts 1 mit dem Auftriebsballon 10 wird durch die Zufuhröffnung 12 heißes Wasser aus einer unterseeischen Quelle 4 in das Innere des Auftriebsballons 10 gefüllt. Die Befüllung ist in Figur 4B schematisch gezeigt. Typischerweise wird die Positionierung der Balloneinrichtung 100 nach der Sinkbewegung und Wendung des Auftriebsballons (Figur 3) nicht genau über einer Quelle 4 erfolgen. Es besteht jedoch die Möglichkeit, ein am Meeresboden 2 autonom arbeitendes Robotersystem zu verwenden, um das heiße Wasser 3 aus der Quelle 4 durch eine Verbindungsleitung in den Auftriebsballon 10 zu leiten. After the coupling of the object 1 with the buoyant balloon 10, hot water from a subsea well 4 is filled into the interior of the buoyancy balloon 10 through the feed opening 12. The filling is shown schematically in FIG. 4B. Typically, the positioning of the balloon assembly 100 after the descent and turn of the buoyancy balloon (FIG. 3) will not be precisely over a source 4. However, it is possible to use a robot system working autonomously on the seabed 2 to guide the hot water 3 from the source 4 into the buoyancy balloon 10 through a connecting line.
Während der Zufuhr des heißen Wassers aus der Quelle 4 in den Auftriebsballon 10 wird dessen vorheriger Inhalt, umfassend kaltes Meerwasser, allmählich in die Umgebung verdrängt und die Ballonhülle 11 vollständig entfaltet. Sobald durch das heiße Wasser 3 im Ballon eine zusätzliche Auftriebskraft erzeugt wird, führt der Auftriebsballon 10 eine anfängliche Steigbewegung aus, so dass die Ballonhülle 11 und die Halteseile 21 gestrafft werden. Da das Halteseil 21 durch die Halteringe 22 am Umfangsrand der Zufuhröffnung 12 verläuft, werden durch die Straffung des Halteseils 21 die Halteringe 22 zusammengezogen und die Zufuhröffnung 12 geschlossen. During the supply of the hot water from the source 4 in the buoyancy balloon 10 whose previous content, comprising cold seawater, gradually displaced into the environment and the balloon envelope 11 is fully deployed. As soon as an additional buoyancy force is generated by the hot water 3 in the balloon, the buoyancy balloon 10 performs an initial rising movement, so that the balloon envelope 11 and the tethers 21 are tightened. Since the tether 21 extends through the retaining rings 22 at the peripheral edge of the feed opening 12, the tightening of the tether 21, the retaining rings 22 are contracted and the supply port 12 is closed.
Durch die Gewichtskraft des Objekts 1 wird die Zufuhröffnung 12 so geschlossen, dass kein oder nur ein vernachlässigbarer Stoffaustausch zwischen dem Innenraum des Auftriebsballons 10 und der Umgebung erfolgt. Die Situation des Auftriebsballons 10 kurz vor dem Abheben ist nochmals in Figur 5, hier mit mehreren Objekten 1 am Transportring 23, gezeigt. Der Auftriebsballon 10 ist mit Wasser 3 mit einer Temperatur im Bereich von z. B. 200°C bis 350°C gefüllt, während das umgebende Meerwasser eine Tempera- tur von rund 0°C aufweist. Entsprechend weist das Wasser 3 eine geringere Massendichte als das umgebende Meerwasser auf, so dass die gewünschte Auftriebskraft erzeugt wird. Die in Figur 5 gezeigten zusätzlichen Objekte 1 können nach der an- fänglichen Steigbewegung der Balloneinrichtung 100 in den Transportring 23 eingehängt worden sein. By the weight of the object 1, the supply port 12 is closed so that no or only a negligible mass transfer takes place between the interior of the buoyancy balloon 10 and the environment. The situation of the buoyancy balloon 10 shortly before lifting off is shown again in FIG. 5, here with several objects 1 on the transporting ring 23. The buoyancy balloon 10 is connected to water 3 having a temperature in the range of z. B. 200 ° C to 350 ° C filled, while the surrounding seawater has a temperature of about 0 ° C. Accordingly, the water 3 has a lower mass density than the surrounding seawater, so that the desired buoyancy force is generated. The additional objects 1 shown in FIG. be ascended upward ascending movement of the balloon device 100 in the transport ring 23.
In den Figuren 6 und 7 sind die weiteren Phasen der Auf- triebsbewegung der Balloneinrichtung 100 mit dem Auftriebsballon 10 und dessen Bergung mit einem Schiff 40 an der Meeresoberfläche 6 schematisch gezeigt. Es wird betont, dass Figur 7 keine maßstabsgerechte Darstellung ist . In der Realität der Tiefsee ist die Ausdehnung der Balloneinrichtung 100 in vertikaler Richtung (z. B. 5 m bis 50 m) viel geringer als die Meerestiefe von z. B. 4000 m. In FIGS. 6 and 7, the further phases of the upward movement of the balloon device 100 with the buoyant balloon 10 and its recovery by a ship 40 on the sea surface 6 are shown schematically. It is emphasized that FIG. 7 is not a scale representation. In the reality of the deep sea, the extent of the balloon device 100 in the vertical direction (eg 5 m to 50 m) is much smaller than the depth of the sea of z. B. 4000 m.
Figur 6 zeigt die Balloneinrichtung 100 mit den angehängten Objekten 1 im Moment des Abhebens. Unter der Wirkung der Ob- jekte 1 wird mit dem Halteseil 21 die Zufuhröffnung 12 komplett abgeschnürt, so dass eine Abkühlung durch eine Konvek- tion unterbunden wird. Die Auftriebsbewegung erfolgt im Gegensatz zur Gravitationsrichtung (siehe Pfeil) hin zur Meeresoberfläche. Wenn die Balloneinrichtung 100 gemäß Figur 7 die Meeresoberfläche 6 erreicht, wird zunächst die Oberseite des Auftriebsballons 10 sichtbar. Durch eine Markierung (z. B. Färbung) der Ballonhülle und/oder akustische und/oder e- lektromagnetische Signale kann die Balloneinrichtung 100 vom Schiff 40 aus geortet werden. Mit einer Greifeinrichtung 41, wie z. B. einem Kran, an Bord des Schiffes 40 kann die Balloneinrichtung 100 mit den Objekten 1 an Bord genommen werden . Figure 6 shows the balloon device 100 with the attached objects 1 at the moment of lifting. Under the action of the objects 1, the supply opening 12 is completely cut off with the tether 21 so that cooling by means of a convection is prevented. The buoyancy movement is in contrast to the gravitational direction (see arrow) towards the sea surface. When the balloon device 100 according to FIG. 7 reaches the sea surface 6, first the top side of the buoyancy balloon 10 becomes visible. By marking (eg coloring) the balloon envelope and / or acoustic and / or electromagnetic signals, the balloon device 100 can be located from the ship 40. With a gripping device 41, such as. As a crane, on board the ship 40, the balloon device 100 can be taken with the objects 1 on board.
Figur 8 illustriert die wiederholte Durchführung des erfin- dungsgemäßen Verfahrens mit einer oder mehreren Balloneinrichtungen 100 zur Bergung von Rohstoffen. Des Weiteren ist in Figur 8 eine Führungseinrichtung 30 mit zwei Führungsseilen 31, 32 gezeigt, mit denen die Balloneinrichtung 100 während der Sinkbewegung bzw. während der Auftriebsbewegung ge- koppelt ist. Im Einzelnen wird die Balloneinrichtung 100 zunächst von einem Schiff 40 aus im Meer versenkt. Wie in Figur 3A gezeigt, führt die Balloneinrichtung 100 eine Sinkbewegung aus, bei welcher der Auftriebsballon 10 zusammengefaltet und unter der Wirkung des Ballastkörpers 13 und der Lenkkörper 16 ausgerichtet wird. Während der Sinkbewegung ist die Balloneinrichtung 100 mit dem ersten Führungsseil 31, z. B. über ein Seil, gekoppelt. Das erste Führungsseil 31 ist zwischen dem Schiff 40 und einer ortsfesten Position am Meeresboden 2 aufgespannt. Bei Erreichen des Meeresbodens 2 erfolgt die oben beschriebene Wendung der Ballonhülle 11 und die Positionierung des Auftriebsballons 10 über der Quelle 4. Hierzu kann die Balloneinrichtung 100 vom unteren Verankerungspunkt des ersten Führungsseils 31 wegbewegt werden. Hierzu werden beispielsweise autonome Robotersysteme am Meeresboden 2 oder Tauchgeräte verwendet. Nach der Befüllung des Auftriebsballons 10 mit Wasser, dessen Temperatur höher als die des umgebenden Meereswassers ist, und dem Koppeln von mehreren Objekten 1 mit dem Auftriebsballon 10 erfolgt die Auftriebsbewe- gung hin zum Schiff 40. Hierzu wird die Balloneinrichtung 100 mit dem zweiten Führungsseil 32 der Führungseinrichtung 30 gekoppelt. Das zweite Führungsseil 32 ist zwischen dem Schiff 40 und einer weiteren Position aufgespannt. Mit der Verwendung von zwei Führungsseilen 31, 32 und der dargestellten Ge- ometrie wird die Durchführung eines effizienten Kreisprozesses vereinfacht, bei dem gleichzeitig zur Sinkbewegung von einer oder mehreren Balloneinrichtungen 100 die Auftriebsbewegung von einer oder mehreren Balloneinrichtungen 100 mit angehängten Objekten 1 erfolgen kann. FIG. 8 illustrates the repeated execution of the method according to the invention with one or more balloon devices 100 for the recovery of raw materials. Furthermore, FIG. 8 shows a guide device 30 with two guide cables 31, 32 with which the balloon device 100 can be moved during the lowering movement or during the buoyancy movement. is coupled. In detail, the balloon device 100 is first sunk by a ship 40 in the sea. As shown in FIG. 3A, the balloon device 100 performs a sinking movement in which the buoyant balloon 10 is folded and aligned under the action of the ballast body 13 and the steering body 16. During the sinking movement, the balloon device 100 is connected to the first guide cable 31, z. B. via a rope coupled. The first guide cable 31 is stretched between the ship 40 and a fixed position on the seabed 2. Upon reaching the seafloor 2, the above-described turn of the balloon envelope 11 and the positioning of the buoyant balloon 10 over the source 4 takes place. For this purpose, the balloon device 100 can be moved away from the lower anchorage point of the first guide cable 31. For this purpose, for example, autonomous robot systems are used on the seabed 2 or diving equipment. After filling the buoyancy balloon 10 with water whose temperature is higher than that of the surrounding seawater, and coupling a plurality of objects 1 with the buoyancy balloon 10, the buoyant movement takes place towards the ship 40. For this, the balloon device 100 is connected to the second guide rope 32 the guide device 30 coupled. The second guide cable 32 is stretched between the ship 40 and another position. The use of two guide ropes 31, 32 and the illustrated geometry simplifies the performance of an efficient cyclic process in which, simultaneously with the descent of one or more balloon devices 100, the buoyant movement of one or more balloon devices 100 with attached objects 1 can occur.
In Figur 9 sind weitere Einzelheiten des Aufbaus der Ballon¬ hülle 11 gezeigt. Figur 9A illustriert eine Ballonhülle 11 in einer perspektivischen Schnittdarstellung. Die Ballonhülle 11 umfasst einen Schichtverbund, der wie folgt aufgebaut ist. An der Innenseite 11.1 der Ballonhülle 11, die während der Auftriebsphase der Balloneinrichtung zum Innenraum des Auftriebsballons weist und an die das Wasser erhöhter Temperatur grenzt, befindet sich zunächst eine Wärme-reflektierende Schicht 11.2. Diese umfasst z. B. eine Infrarot-Strahlungreflektierende Metallfolie, wie eine Aluminium-Folie . An diese angrenzend ist eine Barriereschicht 11.3 angeordnet, die eine geringere Wärmeleitfähigkeit als die übrigen Schichten der Ballonhülle 11 aufweist. Die Barriereschicht 11.3 umfasst z. B. Kunststoff, wie z. B. Flachfolie aus Copolymerisat von Tetrafluorethylen und perflourierten Cokomponenten, Flachfolie aus Copolymerisat von Tetrafluorethylen und Hexafluorpro- pylen. Schließlich befindet sich auf der Barriereschicht 11.3 eine Außenhaut 11.4, welche die Außenseite der Ballonhülle 11 in den Zustand während der Auftriebsphase des Auftriebsbal- lons bildet. Die Außenhaut 11.4 ist aus einem strapazierfähigen Material, wie z. B. Geweben, Netzen aus Kunststoff, Metall, eingebettet in seewasserbeständige Gummierungen oder Polymere hergestellt, und optional zusätzlich mit Verstär- kungselementen 11.6 ausgestattet. Die VerstärkungselementeIn Figure 9, further details of the construction of the balloon ¬ cases 11 are shown. FIG. 9A illustrates a balloon envelope 11 in a perspective sectional view. The balloon envelope 11 comprises a layer composite which is constructed as follows. At the inner side 11.1 of the balloon envelope 11, which faces the interior of the buoyancy balloon during the buoyancy phase of the balloon device and to which the water of elevated temperature borders, is initially a heat-reflecting layer 11.2. This includes z. As an infrared radiation-reflecting metal foil, such as an aluminum foil. Adjacent thereto is a barrier layer 11.3 which has a lower thermal conductivity than the remaining layers of the balloon envelope 11. The barrier layer 11.3 comprises z. B. plastic, such as. B. flat film of copolymer of tetrafluoroethylene and Perflourierten co-components, flat film of copolymer of tetrafluoroethylene and hexafluoropropylene. Finally, there is an outer skin 11.4 on the barrier layer 11.3, which forms the outside of the balloon envelope 11 in the state during the buoyancy phase of the buoyancy balloon. The outer skin 11.4 is made of a durable material, such. As tissues, networks of plastic, metal, embedded in seawater-resistant rubbers or polymers produced, and optionally additionally equipped with reinforcing 11.6 elements. The reinforcing elements
11.6 umfassen z. B. Rippen, die in die Außenhaut 11.4 integriert und in der Ausschnittsdarstellung der Außenseite 11.5 der Ballonhülle 11 in Figur 9B schematisch gezeigt sind. Typischerweise ist die Dicke und das Material der Barriereschicht 11.3 so gewählt, dass während der Auftriebsbewegung vom Meeresboden 2 zur Meeresoberfläche eine definierte Temperaturabsenkung erfolgt und die Bildung von Wasserdampf vermieden wird. Alternativ kann bei ausreichend starker thermi- scher Isolation das Verfahren gemäß der Erfindung so ausgeführt werden, dass in der Nähe der Meeresoberfläche oder beim Auftauchen das Wasser im Auftriebsballon noch so heiß ist, dass es durch den abnehmenden Druck sprungartig in den dampfförmigen Zustand übergeht. Diese Situation ist in Figur 10 schematisch illustriert. Mit der Erzeugung des Wasserdampfs verringert sich die Dichte im Auftriebsballon 10 bei gleichzeitiger massiver Volumenzunahme sprungartig. Um ein Platzen der Ballonhülle 11 zu verhindern, werden die Zufuhröffnung 12 oder weitere Öffnungen 12.1 des Auftriebsballons 10 aufgedrückt, so dass Wasserdampf 7 aus dem Auftriebsballon 10 entweichen kann. Falls dies nicht ausreicht, kann in die Ballonhülle 11 eine Ventileinrichtung 14 integriert sein, durch die ggf. Wasserdampf in die Umgebung entweichen kann. 11.6 include z. B. ribs which are integrated into the outer skin 11.4 and shown schematically in the sectional view of the outer side 11.5 of the balloon envelope 11 in Figure 9B. Typically, the thickness and the material of the barrier layer 11.3 is selected so that during the buoyancy movement from the seabed 2 to the sea surface, a defined temperature reduction takes place and the formation of water vapor is avoided. Alternatively, if the thermal insulation is sufficiently strong, the method according to the invention can be carried out so that in the vicinity of the sea surface or on emergence the water in the buoyancy balloon is still so hot that it suddenly changes into the vapor state due to the decreasing pressure. This situation is in FIG. 10 schematically illustrated. With the generation of water vapor, the density in the buoyancy balloon 10 decreases abruptly with simultaneous massive volume increase. In order to prevent the balloon envelope 11 from bursting, the feed opening 12 or further openings 12. 1 of the buoyant balloon 10 are pressed open so that water vapor 7 can escape from the buoyant balloon 10. If this is not sufficient, a valve device 14 can be integrated into the balloon envelope 11, through which water vapor can possibly escape into the environment.
Die Bereitstellung des Wassers 3 mit erhöhter Temperatur muss nicht zwingend unter Verwendung einer natürlichen Quelle erfolgen. Vielmehr kann eine elektrische Heizeinrichtung 50 zum Aufheizen des Wassers 3 im Auftriebsballon 10 vorgesehen sein. Diese Ausführungsform der Erfindung ist in Figur 11 schematisch illustriert. Die Heizeinrichtung 50 umfasst ein elektrisches Widerstandsheizelement 51, das über ein Versorgungskabel 52 mit einer Stromquelle, z. B. auf einem Schiff an der Meeresoberfläche verbunden ist. Über die Verbindungs- leitung 52 wird elektrische Energie hoher Leistung in das Widerstandsheizelement 51 eingebracht, um das Wasser 3 im Auftriebsballon auf die gewünschte Temperatur zu erwärmen. Das Widerstandsheizelement 51 ragt z. B. durch die Zufuhröffnung 12 in den Auftriebsballon 10. Falls keine Zufuhröffnung vor- gesehen ist, z. B. bei der Verwendung eines flüssigen Kohlenwasserstoffs als Auftriebsflüssigkeit , wird das Widerstandsheizelement 51 durch Verformung eines flexiblen Abschnitt der Ballonhülle in Wärmekontakt mit der Auftriebsflüssigkeit im Auftriebsballon 10 gebracht. Nach Erreichen der gewünschten Temperatur erfolgt die Auftriebsbewegung hin zur Meeresoberfläche, wie dies oben beschrieben wurde. The provision of the water 3 with elevated temperature does not necessarily have to be done using a natural source. Rather, an electric heater 50 may be provided for heating the water 3 in the buoyancy balloon 10. This embodiment of the invention is illustrated schematically in FIG. The heater 50 includes an electrical resistance heating element 51 which is connected via a supply cable 52 to a power source, e.g. B. is connected to a ship on the sea surface. Via the connecting line 52, high-energy electrical energy is introduced into the resistance heating element 51 in order to heat the water 3 in the buoyancy balloon to the desired temperature. The resistance heating element 51 protrudes z. B. through the feed opening 12 in the buoyancy balloon 10. If no supply opening is provided, for. Example, when using a liquid hydrocarbon as a buoyant liquid, the resistance heating element 51 is brought into thermal contact with the buoyancy fluid in the buoyancy balloon 10 by deformation of a flexible portion of the balloon envelope. After reaching the desired temperature, the buoyancy movement takes place towards the sea surface, as described above.
Die Erfindung wurde oben unter beispielhaftem Bezug auf die Bergung von Rohstoffen beschrieben. Die Anwendung der Erfin- dung ist nicht auf die Rohstoffgewinnung beschränkt, sondern entsprechend auch beim Transport anderer Lasten, wie z. B. von Wracks, möglich. Die in der vorstehenden Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein. The invention has been described above by way of example with reference to the recovery of raw materials. The application of the tion is not limited to the extraction of raw materials, but also when transporting other loads, such. B. of wrecks, possible. The features of the invention disclosed in the foregoing description, drawings and claims may be significant to the realization of the invention in its various forms both individually and in combination.

Claims

ANSPRÜCHE 1. Verfahren zum Heben eines Objekts (1) vom MeeresbodenCLAIMS 1. Method for lifting an object (1) from the seabed
(2) , mit den Schritten (2), with the steps
- Koppeln des Objekts (1) mit einem Auftriebsballon (10) , und - coupling the object (1) with a buoyancy balloon (10), and
- Auftriebsbewegung des Auftriebsballons (10) mit dem Objekt (1) , Buoyancy movement of the buoyancy balloon (10) with the object (1),
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
- der Auftriebsballon (10) mit einer Auftriebsflüssigkeit (3) gefüllt ist, deren Temperatur oberhalb der Temperatur von Meerwasser ist, das den Auftriebsballon (10) umgibt.  - The buoyancy balloon (10) is filled with a buoyant liquid (3) whose temperature is above the temperature of seawater, which surrounds the buoyancy balloon (10).
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, bei dem 2. The method according to claim 1, wherein
- bei Beginn der Auftriebsbewegung des Auftriebsballons (10) mit dem Objekt (1) die Temperatur der Auftriebsflüssigkeit - At the beginning of the buoyancy movement of the buoyancy balloon (10) with the object (1), the temperature of the buoyant liquid
(3) im Auftriebsballon (10) zwischen 80 °C und 350 °C beträgt . (3) in the buoyancy balloon (10) is between 80 ° C and 350 ° C.
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Auftriebsflüssigkeit Wasser (3) oder eine flüssige KohlenwasserstoffVerbindung umfasst . A method according to any one of the preceding claims, wherein the buoyant liquid comprises water (3) or a liquid hydrocarbon compound.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem 4. The method according to any one of the preceding claims, wherein
- die Auftriebsflüssigkeit (3) im Auftriebsballon (10) am Meeresboden mit einer elektrischen Heizeinrichtung (50) geheizt wird.  - The buoyancy fluid (3) in the buoyancy balloon (10) is heated at the seabed with an electric heater (50).
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem - der Auftriebsballon (10) mit Wasser aus einer unterseeischen Quelle (4) und/oder einer unterseeischen Bohrung (5) gefüllt ist. 5. The method according to any one of the preceding claims, wherein - the buoyancy balloon (10) is filled with water from a subsea well (4) and / or a subsea well (5).
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem 6. The method according to any one of the preceding claims, wherein
- der Auftriebsballon (10) während der Auftriebsbewegung allseits geschlossen ist.  - The buoyancy balloon (10) is closed on all sides during the buoyancy movement.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem 7. The method according to any one of the preceding claims, wherein
- Zustandsgrößen des Auftriebsballons (10) so eingestellt werden, dass die Auftriebsflüssigkeit (3) im Auftriebsballon (10) während der Auftriebsbewegung teilweise in einen dampf- förmigen Zustand, insbesondere in Wasserdampf (6), umgewandelt wird.  - State variables of the buoyancy balloon (10) are adjusted so that the buoyancy fluid (3) in the buoyancy balloon (10) during the buoyancy movement is partially converted into a vaporous state, in particular in water vapor (6).
8. Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem 8. The method according to claim 7, wherein
- der Wasserdampf zur Beschleunigung der Auftriebsbewegung verwendet und/oder zumindest teilweise in das umgebende Meerwasser abgegeben wird.  - The steam used to accelerate the buoyancy movement and / or at least partially discharged into the surrounding seawater.
9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem9. The method according to any one of claims 1 to 6, wherein
- Zustandsgrößen des Auftriebsballons (10) so eingestellt werden, dass die Auftriebsflüssigkeit (3) im Auftriebsballon (10) während der Auftriebsbewegung im flüssigen Zustand bleibt. - State variables of the buoyancy balloon (10) are adjusted so that the buoyancy fluid (3) remains in the buoyancy balloon (10) during the buoyancy movement in the liquid state.
10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem - die eingestellten Zustandsgrößen des Auftriebsballons (10) mindestens eines von der Temperatur der Auftriebsflüssigkeit (3) beim Beginn der Auftriebsbewegung, dem Volumen des Auftriebsballons (10) und der Wärmeleitfähigkeit einer Ballonhülle (11) des Auftriebsballons (10) umfassen. 10. The method according to claim 7, wherein the set state variables of the buoyant balloon are at least one of the temperature of the buoyant liquid at the beginning of the buoyant movement, the volume of the buoyant balloon and the thermal conductivity of a balloon envelope. 11) of the buoyancy balloon (10).
11. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem 11. The method according to any one of the preceding claims, wherein
- während der Auftriebsbewegung der Auftriebsballon (10) mit dem Objekt mit einer Führungseinrichtung (30) verbunden ist, die sich vom Meeresboden zu einem Schiff (40) erstreckt.  - During the buoyancy movement of the buoyancy balloon (10) with the object with a guide device (30) is connected, which extends from the seabed to a ship (40).
12. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem 12. The method according to any one of the preceding claims, in which
- das Objekt (1) eine Vielzahl von metallhaltigen geologischen Körpern umfasst. - The object (1) comprises a plurality of metalliferous geological bodies.
13. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten 13. The method according to any one of the preceding claims, comprising the steps
- Sinkbewegung des Auftriebsballons (10) im zusammenfalteten Zustand unter der Wirkung eines Ballastkörpers (13) zum Meeresboden (2 ) ,  - Sinkbewegung the buoyancy balloon (10) in the folded state under the action of a ballast body (13) to the seabed (2),
- Positionierung des Auftriebsballons (10) am Meeresboden (2) derart, dass eine Zufuhröffnung (12) des Auftriebsballons (10) zum Meeresboden (2) weist,  Positioning the buoyancy balloon (10) on the seabed (2) such that a feed opening (12) of the buoyancy balloon (10) faces the seabed (2),
- Koppeln des Objekts (1) mit dem Auftriebsballon (10),  Coupling the object (1) to the buoyancy balloon (10),
- Zufuhr des Wassers (3) mit der erhöhten Temperatur in den Auftriebsballon (10), so dass der Auftriebsballon (10) eine anfängliche Steigbewegung ausführt,  Feeding the water (3) at the elevated temperature into the buoyancy balloon (10) so that the buoyancy balloon (10) performs an initial rising movement,
- Verschließen der Zufuhröffnung unter der Wirkung des Gewichts des Objekts (1), und  Closing the feed opening under the effect of the weight of the object (1), and
- weitere Steigbewegung des Auftriebsballons (10).  - Further ascending movement of the buoyancy balloon (10).
14. Balloneinrichtung (100), die zum Heben eines Objekts (1) vom Meeresboden (2) konfiguriert ist, umfassend A balloon assembly (100) configured to lift an object (1) from the seabed (2)
- einen Auftriebsballon (10) mit einer Ballonhülle (11), deren Innenraum mit einer Auftriebsflüssigkeit befüllbar ist, und - eine Halteeinrichtung (20), mit der das Objekt mit dem Auftriebsballon (10) koppelbar ist, - A buoyancy balloon (10) with a balloon cover (11), the interior of which is filled with a buoyancy fluid, and - A holding device (20) with which the object with the buoyancy balloon (10) is coupled,
dadurch gekennzeichnet dass characterized in that
- der Auftriebsballon (10) zur Aufnahme der Auftriebsflüssig- keit mit einer erhöhten Temperatur oberhalb der Temperatur von Meerwasser, das den Auftriebsballon (10) umgibt, eingerichtet ist, und  - The buoyancy balloon (10) for receiving the buoyant liquid at an elevated temperature above the temperature of seawater, which surrounds the buoyancy balloon (10) is arranged, and
- die Ballonhülle (11) eine derart geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist, dass die Auftriebsflüssigkeit im Auftriebsballon (10) bei der erhöhten Temperatur gehalten werden kann.  - The balloon envelope (11) has such a low thermal conductivity that the buoyancy fluid in the buoyancy balloon (10) can be maintained at the elevated temperature.
15. Balloneinrichtung gemäß Anspruch 14, bei der 15. Balloon device according to claim 14, wherein
- die Ballonhülle (11) eine verschließbare Zufuhröffnung (12) umfasst, durch die der Auftriebsballon (10) mit der Auf- triebsflüssigkeit (3) befüllbar ist.  - The balloon envelope (11) comprises a closable supply opening (12) through which the buoyancy balloon (10) with the driving liquid (3) can be filled.
16. Balloneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 15, bei der 16. Balloon device according to one of claims 14 to 15, wherein
- die Ballonhülle (11) aus einem flexiblen, faltbaren Materi- al hergestellt ist, und/oder  - the balloon envelope (11) is made of a flexible, foldable material, and / or
- die Zufuhröffnung (12) eine Öffnung in der Ballonhülle (11) umfasst .  - The supply opening (12) comprises an opening in the balloon envelope (11).
17. Balloneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16, bei der 17. Balloon device according to one of claims 14 to 16, wherein
- die Ballonhülle (11) ein Schichtverbundmaterial umfasst.  - The balloon envelope (11) comprises a layered composite material.
18. Balloneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, bei der 18. Balloon device according to one of claims 14 to 17, wherein
- die Ballonhülle (11) ein Material umfasst, dessen Wärmeleitfähigkeit so gewählt ist, dass während einer Auftriebsbewegung die Auftriebsflüssigkeit (3) im Auftriebsballon (10) teilweise in Dampf (6) umgewandelt wird. - The balloon envelope (11) comprises a material whose thermal conductivity is selected so that during a buoyancy movement, the buoyant liquid (3) in the buoyancy balloon (10) is partially converted into steam (6).
19. Balloneinrichtung gemäß Anspruch 18, bei der19. Balloon device according to claim 18, wherein
- die Ballonhülle (11) eine Ventileinrichtung (14) umfasst, mit der Dampf (6) aus dem Innenraum in die Umgebung des Auf- triebsballons (10) ableitbar ist. - The balloon envelope (11) comprises a valve device (14), with the steam (6) from the interior into the environment of the Aufsteuieblo balloons (10) can be derived.
20. Balloneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 17, bei der 20. Balloon device according to one of claims 14 to 17, wherein
- die Ballonhülle (11) ein Material umfasst, dessen Wärmeleitfähigkeit so gewählt ist, dass während einer Auftriebsbe- wegung die Auftriebsflüssigkeit (3) im Auftriebsballon (10) im flüssigen Zustand bleibt.  - The balloon envelope (11) comprises a material whose thermal conductivity is chosen so that during a buoyancy movement, the buoyant liquid (3) in the buoyancy balloon (10) remains in the liquid state.
21. Balloneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 20, bei der 21. Balloon device according to one of claims 14 to 20, wherein
- die Halteeinrichtung (20) mindestens ein Halteseil (21) umfasst. - The holding device (20) comprises at least one tether (21).
22. Balloneinrichtung gemäß einem der Ansprüche 14 bis 21, die umfasst 22. Balloon device according to one of claims 14 to 21, comprising
- einen Ballastkörper (13) , unter dessen Wirkung der Auftriebsballon (10) in einem zusammengefalteten Zustand eine Sinkbewegung ausführen und am Meeresboden (2) gehalten werden kann, a ballast body (13), under the action of which the buoyancy balloon (10) can perform a sinking movement in a collapsed state and be held on the seabed (2),
- einen Auftriebskörper (15) , unter dessen Wirkung der Auf- triebsballon (10) in einem schwebenden Zustand gehalten wer¬ den kann, und/oder - a float (15), under the effect of buoyancy balloon (10) in a floating state held who the can ¬, and / or
- eine Vielzahl von Lenkkörpern (16), unter deren Wirkung der Auftriebsballon (10) in einem zusammengefalteten Zustand während einer Sinkbewegung gestrafft werden kann.  - A plurality of steering bodies (16), under the action of the buoyancy balloon (10) can be tightened in a folded state during a descent.
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