Vorrichtung zum Erzeugen von Trinkwasser durch Kondensie- ren von in einer Verdampfungseinrichtung erzeugtem Wasserdampf
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen von Trinkwasser durch Kondensieren von in einer Verdampfungs- einrichtung erzeugtem Wasserdampf. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Kondensieren von Wasserdampf, der in einer Verdampfungseinrichtung einer Meerwasserentsalzungsanlage erzeugt wird.
In herkömmlichen Meerwasserentsalzungsanlagen, die auf Verdampfung von Meerwasser und Kondensierung an durch Verdunstungskälte gekühlten Flächen beruhen, geht ein großer Teil der aufgewendeten Energie in Form von aufsteigendem Dampf verloren. Die Menge des gewonnenen Trinkwassers ist gering im Verhältnis zur Menge des verwendeten Salzwassers.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der die im
Wasserdampf enthaltene Energie besonders gut ausgenutzt und insbesondere die Erzeugung von Trinkwasser durch Kondensieren von Wasserdampf auf besonders wirkungsvolle Weise durchgeführt werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet: die Vorrichtung umfasst ein vertikal anordenbares Beschleunigungsdruckrohr, das ein erstes Ende und ein zweites Ende aufweist,
am ersten Ende des Beschleunigungsdruckrohrs ist eine Hauptdampfdüse zur Einspeisung des Wasserdampfs vorhanden,
zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Beschleunigungsdruckrohrs sind Dampfdüsen zum Einspeisen von Wasserdampf und Wassereinspritzdüsen zum Einspritzen von kondensiertem Wasser vorhanden,
die Vorrichtung umfasst ferner eine Sogkammer, in die das zweite Ende des Beschleunigungsdruckrohrs mündet, und
die Sogkammer ist derart ausgebildet, dass zumindest ein Teil des vom Beschleunigungsdruckrohr in die Sogkammer strömenden Wasserdampfs innerhalb der Sogkammer kondensiert, wobei ein Teil des kondensierten Wassers zu den Wassereinspritzdüsen des Beschleunigungsdruckrohrs zurückgeführt wird.
Im betriebsfertigen Zustand des Beschleunigungsdruckrohrs ist das erste Ende das untenliegende Ende und das zweite Ende das obenliegende Ende des Beschleunigungsdruckrohrs. Mittels der erfindungsgemäßen Kombination aus unterem Beschleunigungsdruckrohr und oberer Sogkammer kann die Erzeugung von Trinkwasser durch Kondensation des Wasserdampfs auf sehr wirkungsvolle Weise durchgeführt werden, indem die Wärmeenergie des Wasserdampfs in kinetische Energie umgewandelt und diese kinetische Energie zu einem besonders wirkungsvollen Kondensieren des Wasserdampfs verwendet wird.
Der elementare Verfahrensablauf innerhalb des Beschleuni- gungsdruckrohrs ist dabei ähnlich wie in einer Gewitterwolke . Der durch die Hauptdampfdüse am unteren Ende des Beschleunigungsdruckrohrs und durch das Dampfdüsennetzwerk an den Innenwänden des Beschleunigungsdruckrohrs eingeleitete Wasserdampf steigt auf und reißt dabei Wassertröpf- chen mit. Der Dampf kondensiert und gibt dabei Wärme an den verbliebenen Dampf ab, der das Wasser zusätzlich in die Höhe treibt. Auf den Wasserdampf und die Wassertröpfchen wirkt somit Druck von unten und Sog von oben. Der Druck wird durch verdampftes Expandieren des Wassers er- zeugt, während der Sog durch den an Wassertröpfchen kondensierenden Dampf erzeugt wird.
Die Wassereinspritzdüsen und die Dampfdüsen, die sich zwischen dem ersten und zweiten Ende des Beschleunigungs- druckrohrs befinden, bilden ein aufeinander abgestimmtes System, mit dem Wasser und Dampf vom ersten (unteren) zum zweiten (oberen) Ende beschleunigt werden können. Durch die am ersten Ende vorgesehene Hauptdampfdüse wird die
Bewegung des Dampfes vorgegeben, um zu gewährleisten, dass eingespritztes und kondensiertes Wasser sich nach oben zum zweiten Ende des Beschleunigungsdruckrohrs bewegen. Durch die Wassereinspritzdüsen werden in den Dampfstrahl winzige Wassertröpfchen eingesprüht. Die Wassertröpfchen werden aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer großen Gesamtoberfläche vom aufstrebenden Dampf gehoben. Aufgrund der Betriebsparameter befindet sich der Dampf in einem Zustand, in dem ein Teil des Dampfes kondensiert. Durch die Kondensation wird Wärme frei, welche den restlichen Dampf wiederum erwärmt. Diese Erwärmung führt zu einer weiteren Beschleunigung von Wassertröpfchen und Dampf . Die fortwährende Kondensation des Dampfes führt zu einer Ver- ringerung des Dampfvolumens . Dieses Dampfvolumen wird durch Dampf aus dem Netzwerk von Dampfdüsen an der inneren Rohroberfläche des Beschleunigungsdruckrohrs ergänzt. Dadurch wird mehr als 95% der Energie zugeführt, die für die Beschleunigung von Wasser und Dampf nötig ist.
Der Dampfstrahl der einzelnen Dampfdüse ist bevorzugt gegen die Innenwand des Beschleunigungsdruckrohrs gerichtet, um die Bildung eines Kondenswasserfilms dort zu verhindern. Die im Außenbereich des WasserdampfStrahls neu zugeführte Energie des Dampfstrahls verteilt sich somit optimal .
Durch diese Anordnung kann insgesamt das Dampf -Wassergemisch mit einer hohen Geschwindigkeit vom ersten zum zwei- ten Ende des Beschleunigungsdruckrohrs gelangen. Damit ist es mit einem einzigen Beschleunigungsdruckrohr, welches beispielsweise einen Durchmesser von 6 Meter aufweist, möglich, erhebliche Mengen an Wasser nach oben zu trans-
portieren. Damit steht in der oberen Sogkammer eine große Menge an Wasser zur Verfügung, das nur zum Teil zu den Wassereinspritzdüsen des Beschleunigungsdruckrohrs zurückgeführt werden rauss, während der andere Teil anderweitig, insbesondere als Trinkwasser, verwendet werden kann.
Bevorzugt sind die Wassereinspritzdüsen so angeordnet, dass das Wasser schräg nach oben in Richtung zum zweiten Ende und zur Mittelachse des Beschleunigungsdruckrohrs eingespritzt wird. Auf diese Weise wird die Bewegung des Wasser-Dampfgemischs vom ersten Ende zum zweiten Ende des Beschleunigungsdruckrohrs unterstützt .
Bevorzugt ist die Temperatur des von den Wassereinspritz- düsen eingespritzten Wassers im Bereich des zweiten Endes des Beschleunigungsdruckrohrs niedriger als im Bereich des ersten Endes. Auf diese Weise kann mit der Kondensation des im Wasser-Dampfgemisch noch enthaltenen Dampfes bereits vor und unmittelbar beim Eintritt in die Sogkammer begonnen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Beschleunigungsdruckrohr wenigstens 1000 Meter lang, bevorzugt wenigstens 1500 Meter lang, besonders bevorzugt min- destens 2000 Meter lang. Dies macht zunächst den Eindruck, als würde die Erfindung einen besonderen baulichen Aufwand erfordern, der nicht gerechtfertigt wäre. Wenn man aber betrachtet, welch erhebliche Dampfgeschwindigkeiten erreicht werden können, dies können bis zu 200 km/h sein, könnten mit dem erfindungsgemäßen Beschleunigungsdruckrohr erhebliche Mengen Wasser nach oben transportiert werden, so dass der bauliche Aufwand ohne weiteres gerechtfertigt wäre. Dabei ist auch zu bedenken, dass die große Höhe
aufgrund der hohen potentiellen Energie, welche das Wasser einnimmt, unmittelbar zu einer großen Menge an Energie führt, die aus dem kondensierten Wasser gewonnen werden kann, wenn diese auf niedrigere Höhen gebracht wird.
Bevorzugt sind die Dampfdüsen zur Dampfeinspeisung und/oder die Wassereinspritzdüsen so angeordnet, dass eine Rotation des in die Sogkammer strömenden Dampfs erreichbar ist. Dies betrifft in erster Linie die Düsen im Bereich des zweiten Endes des Beschleunigungsdruckrohrs, an das sich die Sogkammer anschließt. Die Rotation des Dampfes bzw. des Wasser-Dampfgemischs kann beispielsweise durch eine entsprechende Schrägstellung der Wassereinspritzdüsen zur Vertikalen erreicht werden.
Bevorzugt weist die Sogkammer mindestens eine Wasserabführleitung auf, über welche kondensiertes Wassers mindestens einem tiefer liegenden Wasserkraftwerk zugeführt wird. Das kondensierte und aus der Sogkammer abgeführte Wasser wird somit vorzugsweise auch dazu verwendet, um aus der potentiellen Energie des kondensierten Wassers Energie zu gewinnen. Zur Energiegewinnung können dabei klassische Technologien eines Wasserkraftwerks verwendet werden, beispielsweise indem das aus großer Höhe herabstürzende kondensierte Wasser auf Turbinenschaufeln geleitet wird, durch deren Umdrehung elektrische Energie gewonnen wird.
Bevorzugt wird das von mindestens einem Wasserkraftwerk abgeführte Wasser den Wassereinspritzdüsen des Beschleuni- gungsdruckrohrs zugeführt. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass derjenige Teil des kondensierten Wassers, das von der Sogkammer zu den Wassereinspritzdüsen geleitet wird, über mindestens ein Wasserkraftwerk geleitet wird,
das sich zwischen der Sogkammer und den Wassereinspritzdüsen befindet.
Bevorzugt sind mehrere Wasserkraftwerke untereinander kaskadenförmig angeordnet . Hierdurch kann die hohe potentielle Energie, welche das sich auf große Höhen transportierte Wasser einnimmt, auf besonders umfassende Weise zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet werden. Bevorzugt weist die Sogkammer mindestens einen Wasserspeicher zum Aufnehmen des in der Sogkammer kondensierten Wassers auf. Selbstverständlich kann in diesem Wasserspeicher auch das Wasser einströmen, welches nicht in der Sogkammer kondensiert, sondern bereits im Wasser-Dampf- gemisch, welches in die Sogkammer eintritt, in Form von- Wasser enthalten ist. Durch Wasserspeicher kann eine kontinuierliche und/oder bedarfsgemäße Abfuhr des Wassers zu Trinkwasserentnahmestellen, Wasserkraftwerken und/oder zu den Wassereinspritzdüsen erreicht werden. Die Wasserspei- eher stellen damit Puffer da, welche Bedarfsschwankungen ausgleichen können.
Bevorzugt sind an den Seitenwänden eines Sogkammerbehälters in die Sogkammer ragende Ringe angebracht. Diese Ringe sind zu den Seitenwänden des Sogkammerbehälters hin nach unten geneigt, so dass zwischen den Ringen Hohlräume vorhanden sind, in die kondensiertes Wasser gelangen kann. Auch das im Wasser-Dampfgemisch enthaltene Wasser kann in diese Hohlräume gelangen. Zur Abscheidung des Wassers dient insbesondere auch die im Wasser-Dampfgemisch erzeugte Rotation. Das Wasser-Dampfgemisch strömt gleichsam rotierend durch die Sogkammer. Die Strömung erfolgt dabei durch die inneren Öffnungen der genannten Ringe. Aufgrund
der Rotation wird das schwerere Wasser durch Zentrifugalkraft nach außen geschleudert und gelangt so in die Hohlräume zwischen den Ringen. Durch die Neigung der Ringe wird sichergestellt, dass das Wasser zu den Seitenwänden hin abfließt. Von dort kann das Wasser direkt in die Wasserabführungsleitung geführt werden. Alternativ kann das Wasser zunächst in Wasserspeicher geführt werden.
Um den Unterdruck in der Sogkammer zu verbessern, kann sich an der dem Beschleunigungsdruckrohr abgewandten Seite der Sogkammer ein Kondensationsturm anschließen. In diesem können an den Seitenwänden des Kondensationsturms angeordnete, in den Kondensationstürm hineinragende perforierte Böden vorgesehen sein. Der Dampf kann in den Kondensa- tionsturm einströmen und sowohl direkt zwischen den Böden als auch durch die Perforationen der Böden in die Zwischenräume zwischen den Böden strömen. Aufgrund der niedrigeren Temperatur im Kondensationstürm erfolgt ohne weiteres eine Kondensation des verbliebenen Dampfs. Das so entstehende Wasser kann an den geneigten Böden zu den Wänden des Kondensationsturms hin abfließen und wird von dort zu den Wasserspeichern der Sogkammer geführt.
Bevorzugt ist an den Außenwänden der Sogkammer ein Auf- windkraftwerk angeordnet, welches mit der an den Sogkammerwänden hochströmenden, vom kondensierten Wasser erwärmten Luft betreibbar ist. Auf diese Weise kann insbesondere die bei der Kondensation frei werdende Wärme noch weiterhin in mechanische Arbeit und anschließend in elektrische Energie umgewandelt werden.
Bevorzugt ist die Verdampfungseinrichtung mit einem überschüssige Wärme erzeugenden Kraftwerk oder einer anderen
überschüssige Wärme erzeugenden Einrichtung derart verbunden, dass die überschüssige Wärme zur Verdampfungseinrichtung geleitet und zum Verdampfen von Meerwasser verwendet wird. Hierdurch kann insbesondere die überschüssige Wärme von Wärmekraftwerken ausgenutzt werden, bei denen bis zu 60 % der Wärmeenergie verloren geht, die bei der Erzeugung von elektrischer Energie anfällt. Auf diese Weise kann somit überschüssige Wärme von Kraftwerken oder anderen Wärmequellen zur Erzeugung von Trinkwasser und gegebenenfalls auch von elektrischer Energie weitergenutzt werden, wodurch die Energiebilanz bedeutend verbessert werden kann.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1: eine schematische Darstellung der Zuführung von Meerwasser mittels Tunneldruckwasserrohre zu einem Wasserkraftwerk, Ver- teilerspeicher und zu einer Verdampfungs- einrichtung, die Erhitzung des Heizungswasser für den Verdampfer, einen Verdampfer mit Salzwasserzuführungs- behälter, einen Horizontalschnitt durch den Verdampfer mit Blick von oben, eine schematische Darstellung einer Anordnung einer Vielzahl von Verdampfern und
Pufferspeichern, eine schematische Darstellung eines Beschleunigungsdruckrohrs mit vorgelagerten Anlagekomponenten sowie mit einer Sogkammer mit Kondensationstürm, die Einzelheit Via von Figur 5 in vergrößerter Darstellung; eine Draufsicht längs der Linie VIb-VIb von Figur 6a, die Einzelheit VIc von Figur 6a in vergrößerter Darstellung;
eine Draufsicht auf eine Dampfringleitung des Beschleunigungsdruckrohrs sowie eines angeschlossenes Dampfdruckrohrs , eine Seitenansicht eines Abschnitts des Beschleunigungsdruckrphrs mit Dampfzubrin- gerrohren und Dampfdruckrohr, eine Seitenansicht einer einzelnen Dampfdüse , eine Abwicklung eines Ausschnitts des Beschleunigungsdruckrohrs mit Dampfdüsen und Wassereinspritzdüsen,
Figur 8 eine Seitenansicht des oberen Übergangs- bereichs des Beschleunigungsdruckrohrs sowie des unteren Bereichs der Sogkammer,
Figur 9a den Kondensationsturm mit oberem Endbereich der Sogkammer,
Figur 9b den Ausschnitt IXb von Figur 9a in vergrößerter Darstellung,
Figur 10 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Erzeugung von Sprühwasser im Kondensationstürm, Figur IIa: eine Seitenansicht eines Ausschnitts des
Kondensationsturms , Figur IIb: einen Horizontalschnitt durch den Sogkammerturm mit Blick von oben,
Figur 12a: eine Seitenansicht des unteren Endabschnitts des Sogkammerturms, Figur 12b: eine Draufsicht auf die Endebene des Sogkammerturms ,
Figur 12c : eine Seitenansicht entsprechend Figur 12a mit zusätzlichen seitlichen Wasserkraftwerken,
Figur 12d: eine Draufsicht auf die Heizspiralen eines
Aufwindkraftwerks ,
eine schematische Seitenansicht des Aufwindkraftwerks , die Einzelheit XHIb von Figur 13a in vergrößerter Darstellung, eine Draufsicht auf ein um den Sogkammerturm herum angeordnetes Schaufelrad, eine Darstellung entsprechend Figur 13c in vergrößerter Darstellung, die Führung des Schaufelrads am Sogkammerturm, und eine schematische Darstellung zur Verdeut lichung der Vorgänge im Beschleunigungs druckrohr .
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einer Meerwasserentsalzungsanlage beschrieben, die ein bevorzugtes Anwendungsgebiet für die erfindungsgemäße Vorrichtung darstellt. Um Meerwasser vorzugsweise ohne Pipelines von der Küste aus tief ins Landesinnere bringen zu können, werden, wie in Figur 1 gezeigt, Druckwassertunnelrohre 1 in ca. 100 Meter Tiefe unter dem Meeresspiegel niveaugleich bis zum Bestimmungsort gebohrt. Das Meerwasser wird unterirdischen Verteilerspeichern 2 zugeführt. Dort steht das Meerwasser immer noch unter Druck. Der erhöhte statische Druck kann in einem Wasserkraftwerk 3 zur Erzeugung elektrischer Energie genutzt werden, bevor es den Verteilerspeichern 2
zugeführt wird. Wie aus Figur 1 weiter ersichtlich, wird das Meerwasser von den Verteilerspeichern 2 zu Salzwasserzuführungsbehältern 16 geleitet. In diesen Salzwasserzuführungsbehältern 16 wird das Meerwasser vorgewärmt, bevor es in Verdampferkesseln 8 einer Verdampfungseinrichtung 52 eingeleitet und verdampft wird.
Anhand von Figur 2 wird im Folgenden die Verdampfung des Meerwasser im Verdampferkessel 8 unter Ausnutzung der Wärme näher beschrieben, die von einer Wärmequelle 53, insbesondere von einem Kraftwerk, abgegeben wird. Die von der Wärmequelle 53 abgegebene Wärme ist in Dampf gespeichert, der über eine Dampfleitung 54 die Wärmequelle verläset. Die Dampfleitung 54 geht in eine Rohrspirale 5 über, die in einem Pufferspeicher 4 angeordnet ist. Im Pufferspeicher 4 befindet sich ein Wärmeübertragungsmedium, beispielsweise Wasser, das von der Rohrspirale 5 entsprechend erwärmt wird, während der in der Rohrspirale 5 geleitete Wasserdampf abgekühlt wird. Der abgekühlte Was- serdampf bzw. das Kondensat wird am anderen Ende der Rohrspirale 5 über eine Rohrleitung 55 wieder zur Wärmequelle 53 zurückgeführt. Wärmequelle 53, Dampfleitung 54, Rohrspirale 5 und Rohrleitung 55 bilden damit einen ersten Kreislauf .
In der Praxis sind mehrere Pufferspeicher 4 an die Wärmequelle 53 angeschlossen. Wenn der Dampf das Wärmeübertragungsmedium innerhalb eines Pufferspeichers 4 genügend weit über 100" C erhitzt hat, wird die Dampfzufuhr unter- brochen und der Pufferspeicher 4 aus der Reihe genommen, bis er wieder abgekühlt ist.
Der Dampf der Wärmequelle 53 wird genutzt, um Heizungs-
wasser aufzuheizen, mit dem das Meerwasser innerhalb des Verdampferkessels 8 verdampft wird. Hierzu ist innerhalb des Pufferspeichers 4 eine zweite Rohrspirale 6 angeordnet, der über eine Rohrleitung 56 abgekühltes Heizungs- wasser zugeführt wird. Innerhalb des Pufferspeichers 4 wird das Heizungswasser ausreichend über 100* C erhitzt. Insbesondere wird das Heizungswasser mehreren Pufferspeichern 4 hintereinander zugeführt, um die Pufferspeicher 4 vollständig auszukühlen und das Heizungswasser optimal aufzuheizen.
Das aufgeheizte Heizungswasser verlässt über eine Rohrleitung 57 den (die) Pufferspeicher 4 und wird von dort einer Heizspirale 7 zugeführt, die sich außerhalb des Verdamp- fungskessels 8 befindet. Die Heizspirale 7 bringt das Meerwasser innerhalb des Verdampferkessels 8 zum Verdampfen, wobei das verdampfende Meerwasser dem Heizungswasser Wärme entzieht. Das abgekühlte, jedoch noch eine Restwärme enthaltende Heizungswasser wird über eine Rohrspirale 17 durch den Salzwasserzuführungsbehälter 16 hindurch geleitet, um, wie bereits beschrieben, das darin befindende Meerwasser vorzuheizen. Die Rohrspirale 17 ist am anderen Ende wieder mit der Rohrleitung 56 verbunden, um das kalte Heizungswasser wieder dem Pufferspeicher 4 zum Aufheizen zuzuführen. Rohrspirale 6, Rohrleitung 57, Heizspirale 7, Rohrspirale 17 und Rohrleitung 56 bilden somit einen zweiten Kreislauf, in dem das Heizungswasser geführt wird.
Die in Figur 3 näher gezeigte Verdampfungseinrichtung 52 besteht aus einem Verdampferkessel 8 mit kegelförmigem Boden, an dessen Unterseite sich die Heizspirale 7 befindet. Das in den Pufferspeichern 4 erwärmte Heizungswasser wird in der kegelförmigen Heizspirale 7 um den nach unten
gerichteten Kegel des Verdampferkessels 8 geführt. Das Heizungswasser strömt von unten nach oben um den Kegel und heizt das Salzwasser der Kegelspitze auf, um es zum Verdampfen zu bringen. Das verdampfende Wasser entzieht dem Heizungswasser Wärme. Zum oberen Rand des Kegels kühlt das Heizungswasser immer weiter ab. Im oberen Abschluss des Kegels führt ein großvolumiges Rohr 9 den im Verdampfungs- kessel 8 erzeugten Dampf ab. Wie aus den Figuren 3a und 3b ersichtlich, befinden sich im Inneren des Verdampferkessels 8 Schaufelräder 12, die um eine zentral im Verdampferkessel 8 angeordnete Achse 13 drehbar sind. Diese Schaufelräder 12 werden im Schneckentempo bewegt, um eine Verfestigung des abgeschiedenen Salzes zu vermieden.
Der Antrieb 10 der Schaufelräder 12 befindet sich an der Seite des Verdampferkessels 8. Der Antrieb 10 besteht aus einem Elektromotor mit einem großen Übersetzungsrad, das ein kleines Zahnrad 11 im Inneren des Verdampferkessels 8 antreibt. Das Zahnrad 11 greift in einen horizontalen Zahnring 58, der die Schaufelräder 12 in Umdrehung versetzt . Das Salzwasser wird seitlich zugeführt und läuft an den Kesselwänden herunter, um Salzkrusten im oberen Bereich aufzulösen. Das sich im Kegel befindende Salz wird, wie bereits ausgeführt, von den Schaufelrädern 12 ständig langsam umgerührt, damit es sich nicht verfestigt. Der Wasserspiegel befindet sich weit unter der Oberfläche des Salzes, damit aufsteigende Dampfblasen keine Turbulenzen der Wasseroberfläche verursachen können. Zwischen den Salzkörner können sich nur winzige Dampfblasen bilden, die
nur wenige winzige Salzwassertropfen mitreißen können. Um diese wenigen Salzwassertröpfchen aus dem salzfreien Dampf zu entfernen, wird der aufstrebende Dampf zuerst durch textile Filter 14 geleitet und vor dem Verlassen des Ver- dampferkessels 8 durch einen Filter 15 aus poröser Keramik geleitet. Das überschüssige Salz wird mit einer Schnecke 18 von der Spitze des Kegels über den Wasserspiegel im Verdampferkessel 8 gehoben und in einen Behälter 59 gekippt .
Aus Figur 4 ist ersichtlich, dass der Dampf der Wärmequelle 53 durch eine Vielzahl von Pufferspeichern geleitet wird, um das Heizungswasser für eine Reihe von Verdampferkessel 8 zu erhitzen. Figur 4 zeigt dabei in der Mitte innerhalb mit einer strichpunktierten Linie gezeichneten Rahmens eine schematische Seitenansicht der einzelnen Bauteile, während der übrige Teil von Figur 4 einen horizontalen Schnitt durch die Pufferspeicher 4 und Verdampferkessel 8 zeigt. Wenn der Dampf der Wärmequelle 53 das Wasser eines Pufferspeichers 4 genügend weit über 100° C erhitzt hat, wird die Dampfzufuhr in diesem Pufferspeicher 4 unterbrochen und der Pufferspeicher 4 aus der Reihe genommen, bis er wieder abgekühlt ist. Das Heizungswasser wiederum wird mehreren Pufferspeichern 4 hintereinander zugeführt, um die Pufferspeicher 4 vollständig auszukühlen und das Heizungswasser optimal aufzuheizen . Aus den Figuren 5 bis 7 ist ersichtlich, dass der in den Verdampferkessel 8 erzeugte Dampf über Dampfdruckrohre 20A und 2 OB einem vertikalen Beschleunigungsdruckrohr 19 zugeführt und in diesem ähnlich wie bei einer Gewitterwolke
hochgetrieben wird, um in einen darüber angeordneten Sogkammerturm eingeleitet zu werden. Im Beschleunigungsdruckrohr 19 steigt der Dampf auf und reißt Wassertröpfchen mit. Der Dampf kondensiert und gibt Wärme an den verblei- benden Dampf ab, der das Wasser zusätzlich in die Höhe treibt. Das Wasser bzw. das Wasser-Dampfgemisch steht damit im Spannungsfeld von Druck unten und Sog oben. Der Druck wird durch verdampftes Expandieren des Wasser erzeugt, während der Sog durch an Wassertröpfchen kondensie- rendem Dampf erzeugt wird.
Das vertikal angeordnete, nach oben geweitete, konische Beschleunigungsdruckrohr 19 steht in einem mehr als 2000 Meter tiefen Schacht. Es ist jedoch zu beachten, dass, obwohl eine derartige Länge des Beschleunigungsdruckrohrs 19 besonders vorteilhaft ist, diese Länge in weitem Umfang variieren kann. Am ersten Ende, das im Betrieb unten liegt, wird über eine Hauptdampfdüse 21 Dampf eingeführt und so ein Dampfstrahl erzeugt. Hierzu wird ein großer Teil des Dampfes der Verdampferkessel 8 über das Dampf- druckrohr 20A in einem separaten Schacht dem Beschleunigungsrohr 19 von unten zugeführt. Das Dampfdruckrohr 20A wird aus dem Rohr 9, das aus dem Verdampferkessel 8 kommt, mit Dampf versorgt. Mit dem durch die Hauptdampfdüse 21 in das Beschleunigungsdruckrohr 19 eingeführten Dampf wird ein starker Dampfstrahl gebildet, der die Richtung vorgibt und so einen Wasserdampfstrahl aufbauen kann. In der Hauptdampfdüse 21 kann der Zustrom reguliert werden. Es sind ferner mehrere Schächte vorhanden, in welchen die Dampfdruckrohre 2OB angeordnet sind, die den Dampf der Verdampferkessel 8 seitlich an das Beschleunigungsdruckrohr 19 heranführen. Die Einfuhr des Dampfes in das Be-
schleunigungsdruckrohr 19 erfolgt durch Dampfdüsen 29 (Figur 7b, 7c) . Diese bilden ein Netzwerk von Dampfdüsen 29 an den Rohrwänden (Figur 7d) . Durch Einsprühen des Dampfes wird Kondensation an den Wänden des Beschleuni- gungsdruckrohrs 19 verhindert und das Gasvolumen des Dampfes ergänzt, das durch Kondensation verloren gegangen ist. Ferner wird hierdurch dem Wasserdampfstrahl immer neue Energie zugeführt. Weiterhin sind seitlich neben dem Beschleunigungsdruckrohr 19 mehrere vertikale Schächte mit Wasserzufuhrleitungen 22A sowie Wasserkraftwerke 22B und Spritzwasserdruckrohre 22C vorgesehen (Figur 5) . Die Wasserkraftwerke 22B werden von den Wasserzufuhrleitungen 22A mit kondensiertem Wasser aus dem Sogkammerturm 25 gespeist und geben anschließend das Wasser an die Spritzwasserdruckrohre 22C ab, von denen das Wasser zum Beschleunigungsdruckrohr 19 geführt wird. Die Einfuhr des Wassers in das Beschleunigungsdruckrohr 19 erfolgt durch seitliche Wassereinspritzdüsen 28, die längs des Beschleunigungsdruckrohrs 19 angeordnet sind. Durch die Wassereinspritzdüsen 28 werden winzige Wassertröpfchen in den Dampfstrahl eingesprüht, die vom aufstrebenden Dampf aufgrund ihres geringen Gewichts und ihrer großen Gesamtoberfläche leicht zu heben sind. Ein Teil des Damp- fes kondensiert und gibt Wärme an den verbleibenden Dampf ab, wodurch Wasser innerhalb des Beschleunigungsdruckrohrs 19 immer weiter beschleunigt wird. Tröpfchen verbinden sich zu immer schwereren Tropfen, die im Beschleunigungsdruckrohr weiter nach oben geschleudert werden. Dies ist in etwa zu vergleichen mit dem Wasser-Dampfstrahl eines
Geysirs in der Sekunde des Ausbruchs.
Der vorstehend beschriebene Vorgang ist schematisch in
Figur 15 dargestellt. Die Pfeile 70 symbolisieren dabei Kraftvektoren des Wasserdampfs, der über das Netzwerk von tausenden von über die Innen-Umfangswand des Beschleunigungsdruckrohrs 19 verteilten Dampfdüsen 29 eingespritzt wird. Die Kreise bzw. Punkte 71 symbolisieren eingespritztes und kondensiertes Wasser in Form von feinen Wassertröpfchen. Im unteren Bereich des Beschleunigungsdruckrohrs 19 hat dieses Wasser eine höhere Temperatur als im oberen Endbereich. Wie aus Figur 15 ersichtlich, verrin- gert sich im oberen Endbereich des Beschleunigungsdruckrohrs 19 der Wasserdampf stark, während der Anteil des Wassers stark zunimmt. Am oberen Ende des Beschleunigungsdruckrohrs 19 bildet das Wasser eine Art Wasserkolben, der mit hoher Geschwindigkeit aus dem Beschleunigungsdruckrohr 19 austritt. Im Beschleunigungsdruckrohr 19 findet somit eine graduelle Verdichtung des Wasser-Dampfgemisches von unten nach oben statt.
Am zweiten Ende des Beschleunigungsdruckrohrs 9, das im Betrieb oben liegt, schließt sich der Sogkammerturm 24 an, der eine innenliegende Sogkammer 64 aufweist. Der Sogkammerturm 24 ist zweckmäßigerweise 500 Meter oder höher. Weiterhin umfasst der Sogkammerturm 24 ringförmige Wasserspeicher 60, die nach außen einen Zylinder bilden und innen stufenförmig nach oben zurückweichen. Basis der ringförmigen Wasserspeicher 60 ist ein zentraler Wasserspeicher 23, der sich am unteren Ende des Sogkammerturms 24 befindet. Innerhalb des Sogkammerturms 24 befindet sich in direktem Anschluss an das Beschleunigungsdruckrohr 19 ein Sogkammerbehälter 25 (Figuren 5 und 8), dessen Außenwände auf den ringförmigen Wasserspeichern 60 aufliegen. Weiterhin
befinden sich im Inneren des Sogkammerbehälters 25 geneigte Ringe oder Scheiben 26, die an der Wand des Sogkammerbehälters 25 wasserdicht anschließen (Figur 8) . Der Sogkammerbehälter 25 schließt nach oben hin durch eine konische Kegelwand 61 ab (Figuren 5 und 9) . Die Kegelwand 61 und der darüber angeordnete Kondensationstürm 27 werden durch eine Strahlträgerkonstruktion 62 getragen. An der Spitze der Kegelwand 61 ist eine Öffnung vorgesehen, die an die Kondensationskammern anschließen, die sich im Kondensationsturm 27 befinden. In den Böden dieser Kondensationskammern befinden sich Öffnungen, durch die der Restdampf einströmen kann. Wie aus den Figuren 7a bis 7d erkennbar, wird der Dampf im Bereich des Beschleunigungsdruckrohrs 19 von den Dampf - druckrohren 20B über Dampfzubringerrohre 30 zu Dampfringleitungen 63 zugeführt, von denen die Dampfdüsen 29 gespeist werden. Die Dampfdüsen 29 sprühen dabei ihren Strahl leicht geneigt aus der Vertikalen gegen die Rohrwand (Figur 7c) . Zusätzlich wird die Wand des Beschleunigungsdruckrohrs 19 durch die Dampfzubringerrohre 30 und Dampfringleitungen 63 aufgeheizt. Hierdurch wird eine Kondensation des Wasserdampfs an den Wänden des Be- schleunigungsdruckrohrs 19 verhindert. Weiterhin beschleunigt der seitlich zugeführte Dampf das innerhalb des Beschleunigungsdruckrohrs 19 aufsteigende Wasser-Dampfge- misch zusätzlich. Figur 7d zeigt eine Abwicklung eines Abschnitts der Wand des Beschleunigungsdruckrohrs 19, wobei die Dampfdüsen 19 mit dicken Linien und die Wassereinspritzdüsen 28 mit dünnen Linien dargestellt sind.
Wie in Figur 8 dargestellt, wird im Übergangsbereich 32 vom Beschleunigungsdruckrohr 19 zum Sogkammerturm 24 kühleres Wasser 31 eingesprüht, um die Kondensation des Dampfs zu intensivieren. Weiterhin wird in diesem Über- gangsbereich 32 begonnen, den Wasser-Dampf -Strahl in Rotation zu versetzen. Diese Rotation wird durch Schrägstellung der Wassereinspritzdüsen 28 zur Vertikalen in einer Richtung erzeugt. Im Sogkammerbehälter 25 wird durch diese Rotation das schwerere Wasser in seitliche Hohlräume 33 gedrückt. Die Hohlräume 33 werden durch die geneigten Ringe 26 gebildet, die sich an die Wand des Sogkammerbehälters 25 anschließen. Das Wasser sammelt sich am unteren Ende der Ringe 26 und wird aus dem Sogkammerbehälter 25 durch dampfgasdichte Wasserabführleitungen 34 abgeführt und in die Wasserspeicher geleitet. Der Wasser-Dampf-Strahl verliert nach oben immer mehr an Wasser. Der verbleibende Dampf wird mit immer feineren Wassertröpfchen besprüht, um die Kondensa- tion zu fördern.
Um den Unterdruck in der Sogkammer 64 zu intensivieren, schließt sich am oberen Ende der Sogkammer 64, wie in den Figuren 9a, 9b gezeigt, eine Reihe von kleineren Kammern 65 an, deren Böden mittels Öffnungen 35 perforiert sind. Aus diesen Öffnungen 35 gelangt der restliche, in der Sogkammer 64 noch nicht kondensierte Dampf in die Kammern 65, an deren Wänden er kondensiert. Die Böden sind zu den Wänden des Kondensationsturms 27 hin nach unten geneigt, damit das Wasser zur Seite abfließen kann. Der Metallkörper der Kammern 65 kühlt in großer Höhe rasch aus. Das kalte Kondenswasser wird in den darunter liegenden oberen Teil der Sogkammer 64 geleitet und unter hohem Druck
feinst versprüht.
Das Sprühwasser für den unteren Bereich der Sogkammer 64 und den Übergangsbereich 32 vom Beschleunigungsdruckrohr 19 zur Sogkammer 64 wird in spiralförmig um den Kondensationsturm 27 herum geführten Rohren 36 abgekühlt. Das Wasser für diese Rohre 36 wird aus dem unteren Bereich 37 höher liegender Sammelbehälter entnommen und an den darunter liegenden Behältern vorbei in die Rohrspirale gelei- tet . Nach der Abkühlung wird das Wasser in das Innere des Kondensationsturms 27 zur Sogkammer 64 geleitet. In der Sogkammer 64 wird das Wasser so weit nach unten in die jeweilige Versprühebene 38 geführt, bis der für die Versprühung des Wassers benötigte hydrostatische Druck er- reicht ist.
Wie aus den Figuren IIa, IIb ersichtlich, kann das nicht zum Versprühen benötigte Überschusswasser zum Betrieb von Wasserkraftwerken 41 genutzt werden. Hierzu wird das Was- ser, das nicht zur Versprühung benötigt wird, von Überläufen 39 der Ringspeicher des Turms in Druckrohren 40 ca. 100 Meter nach unten geführt. Der hydrostatische Druck wird benutzt, um ein Hochdruck-Schaufelrad eines Wasserkraftwerkes 41 anzutreiben. Das Wasser aus diesem Wasser- kraftwerke 41 wird in Ablauffallrohre 42 in diejenige Ebene geleitet, in der sich dieses Wasserkraftwerk 41 befindet. Nach einer weiteren Fallhöhe von ca. 100 Meter mündet das Ablauffallrohr 42 in das nächste Wasserkraftwerk 41. Am Ende dieser Kaskade fließt alles Wasser in den zentralen Wasserspeicher 23.
Von diesem zentralen Wasserspeicher 23 wird, wie aus den Figuren 5 und 6 ersichtlich, das Wasser, das in den Be-
schleunigungsdruckrohren 19 zum Versprühen benötigt wird, nach unten zu den Wassereinspritzdüsen 28 geführt. Hierzu werden die bereits erwähnten Druckrohre 22A verwendet, die das zur Versprühung benötigte Wasser zunächst zu mehreren, untereinander angeordneten Wasserkraftwerken 22B führen. Der hydrostatische Druck von beispielsweise 100 Meter Höhenunterschied zwischen den Wasserkraftwerken 22B treibt ein oder mehrere Hochdruckschaufelräder der Wasserkraftwerke 22B an. Ausgehend vom obersten Wasserkraftwerk 22B werden die darunter liegenden Wasserkraftwerke 22B mit immer geringeren Wassermengen betrieben, wobei nach jeder Nutzung in einem Wasserkraftwerk 22B das Wasser, das in einem Teilbereich des Beschleunigungsdruckrohrs 19 benötigt wird, abgezweigt wird. Weiterhin wird das Sprühwasser in den Spritzwasserdruckrohren 22C von den Wasserkraftwerken 22B zum und entlang des Beschleunigungsdruckrohrs 19 nach unten geführt, bis es den hydrostatischen Druck erreicht, der für die Versprühung des Wassers in diesem Bereich des Beschleunigungsdruckrohrs 19 mittels der Was- Sereinspritzdüsen 28 benötigt wird.
Das noch heiße Trinkwasser innerhalb des zentralen Wasserspeichers 23, das nicht mehr im Kreislauf der Anlage benötigt wird, wird aus dem zentralen Wasserspeicher 23 ent- nommen und, wie aus den Figuren 12a- 12d ersichtlich, in mehreren Rohrspiralen 43 um den Sogkammerturm 24 herum geführt, um die darin enthaltene Wärme in einem nachfolgend näher beschriebenen Aufwindkraftwerk 66 zu nutzen. Danach kann das Wasser ein letztes Mal in mehreren Wasser- kraftwerken 44 genutzt werden.
Wie aus den Figuren 13 und 14 ersichtlich, umfasst das Aufwindkraftwerk 66 einen kegelförmigen Hügel 45, der im
unteren äußeren Bereich aus einer Aufschüttung und im inneren oberen Bereich aus der Betondecke des zentralen Wasserspeichers 23 besteht. Eine luftdichte Hülle 46, die in einigen Metern Abstand zum Hügel 45 angeordnet ist, bildet einen Luftsammeiräum 67 um den Fuß des Sogkammerturms 24 herum. Die seitlich in den Luftsammelraum 67 einströmende Luft wird durch die sich ebenfalls im Luft- sammelraum 67 angeordneten Rohrspiralen 43 erwärmt, von denen die Wärme durch Wärmetausch an die Luft abgegeben wird. Ferner ist ein ringförmiger Auftriebsschacht 47 um den Sogkammerturm 24 herum angeordnet. Am oberen Ende des Auftriebsschachts 47 befinden sich ein drehbar gelagertes Schaufelrad 48 und mehrere Generatoren 49 zur Nutzung der Drehbewegung des Schaufelrads 48.
Die Funktionsweise des Aufwindkraftwerks 66 ist wie folgt. Die Wärme, die im kondensierten Wasser enthalten ist, das sich in den Rohrspiralen 43 befindet, erwärmt, um die seitlich in den Luftsammelraum 67 einströmende Luft. Die erwärmte Luft strömt aufgrund der hohen Temperaturdifferenz zwischen dem unteren und oberen Ende des Sogkammerturms 24 in den ringförmigen Auftriebsschacht 47 und in diesem nach oben. Am oberen Ende des Auftriebsschachts 47 wird die Luft dem Schaufelrad 48 zugeführt, das sich hori- zontal am oberen Ende des Auftriebsschachts 47 befindet. Die aufströmende Luft versetzt das Schaufelrad 48 in eine Drehbewegung, die genutzt wird, um die Generatoren 49 anzutreiben. In den Figuren 14a, 14b ist eine spezielle, optionale Anordnung von Winkraftwerks-Schaufelrädern 50 dargestellt. Derartige Windkraftwerks-Schaufelräder 50 nutzen die Existenz des runden Hohlkörpers der Anlage, das heißt die
Existenz des Sogkammerturms 24, und die dadurch gegebene Möglichkeit, zusätzliche elektrische Energie aus der Windkraft zu erzeugen, die auf die Oberfläche des Sogkammerturms 24 trifft.
Die Windkraftwerks-Schaufelräder 50 umfassen einen ringförmigen Träger 68, der auf um den Sogkammerturm 24 herum geführten Schienen gelagert ist. Vom ringförmigen Träger 68 aus erstrecken sich gekrümmte Schaufelradblätter 69 radial nach außen. Die Windkraftwerks-Schaufelräder 50 sind derart angeordnet, dass sich ihre Hauptebene jeweils in einer horizontalen Ebene befindet. Die Generatoren 51 weisen Zahnräder auf, die in eine ringförmig um den oberen Rand des Trägers 68 laufende Verzahnung der Windkraftwerks-Schaufelräder 50 eingreifen. Die Zahnräder der Generatoren 51 werden je nach Bedarf zu und weg geschaltet. Dadurch kann eine annähernd gleichbleibende Geschwindigkeit auch bei hohen Windgeschwindigkeiten gewährleistet werden. Die Windkraftwerks-Schaufelräder 50 sind dabei durch den Wind derart antreibbar, dass sie um eine vertikale Achse drehbar sind.