Rei n wassergewi nnungsanlage

Die Erfindung bezieht sich auf eine Reinwassergewinnungsanlage mit einer auf einer Wasserfläche, insbesondere Meerwasserfläche, schwimmend anordenbaren Wasserverdunstungsvorrichtung, die ein Konzentratorsystem zum Verdichten und Leiten von Sonnenstrahlen auf einen Wasserflächenbereich innerhalb der Schwimmrah- men-anordnung und eine zwischen der Wasserfläche und dem von den konzentrierten Sonnenstrahlen beaufschlagten Wasserflächenbereich angeordnete Wasserzuführvorrichtung aufweist, die zum dosierten Zuführen von Wasser von der Wasserfläche in den bestrahlten Wasserflächenbereich ausgebildet ist, so dass in dem bestrahlten Wasserflächenbereich durch die Wärmeenergie der konzentrierten Sonnenstrahlen Wasser verdunstet wird, wobei die Reinwassergewinnungsanlage weiterhin eine Ableitvorrichtung aufweist, mittels der das verdunstete Wasser, insbesondere über eine Kondensationsvorrichtung, einer Reinwassersammelstelle zuführbar ist, und zumindest eine mechanisch und funktional eingebundene Wasserstoffgewinnungsvorrichtung und/oder eine Photovoltaikvorrichtung aufweist. Eine Reinwassergewinnungsanlage in Kombination mit einer Anlage zur Gewinnung elektrischer Energie aus Solarenergie und einer Elektrolysevorrichtung zur Gewinnung von Wasserstoff ist in der US 2005 / 0 109 604 A1 angegeben. Eine solche Anlage ist relativ aufwendig im Aufbau und in der Anwendung.

Die DE 203 12 656 U1 zeigt eine Reinwassergewinnungsanlage mit einer solaren Entsalzungsanlage. Eine Zuführvorrichtung für Salzwasser weist einen Schwimmkörper mit dunklem, vorzugsweise schwarzem aufsaugendem Material auf, von dem das aufgesogene Wasser verdunsten kann, welches danach über eine ringförmige Rinne gesammelt wird.

Auch die DE 20 2017 002 541 U1 zeigt eine Reinwassergewinnungsanlage mit einer Entsalzungsvorrichtung. Diese weist eine transparente Abdeckung in halbkugelförmiger oder zylindrischer Form auf und eine Verdampfungs- bzw. Auffangwanne als Süßwasserreservoir, welche auf schwimmfähigem Material angebracht ist.

Die DE 27 30 839 A1 zeigt eine Einrichtung zur wirtschaftlichen Konzentration und Auffangung von Sonnenenergie mit einer bewegbaren Linsenanordnung. Dabei sind auch eine Vorrichtung zur Erzeugung von Kondensat und eine Photovoltaikanord- nung genannt.

Die DE 10 2008 045 610 A1 hat eine Anordnung zur Gewinnung von reinem Wasser aus Natur- oder Brauchwasser mittels Wärme zum Inhalt, wobei eine Kondensatbildung und die Umsetzung dieses Kondensats in Wasser intensiviert wird. Dabei tritt in den Innenraum eines schwimmenden Baukörpers Zulaufwasser ein, welches dort verdampft wird.

In der WO 2019 / 223 838 A1 ist eine Vorrichtung zur Bereitstellung von Süßwasser aus Meerwasser vorgestellt, wobei ein Verdunstungsbehälter mit Zulauf und Ablauf vorgesehen sind. Eine weitere Reinwassergewinnungsanlage ist in der CN 102923801 A angegeben. Bei dieser bekannten Reinwassergewinnungsanlage wird über einer Fläche von Meerwasser, welches in einem von einem Rahmen umgrenzten Wassertank aufgenommen wird, mittels Sonnenwärme Wasser zur Entsalzung verdampft und einer Kondensationsvorrichtung zugeführt. Um auf der Wasseroberfläche für die Verdunstung eine erhöhte Wärmeenergie bereit zu stellen, wird die zugeführte Sonnenstrahlung mittels eines eine bikonvexe Spiegelanordnung aufweisenden Konzentratorsystems gebündelt auf das in dem Tank befindliche Wasser geführt. Aus dem verdunsteten Wasserdampf wird mittels der Kondensationsvorrichtung Reinwasser für die weitere Verwendung gewonnen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Reinwassergewinnungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bereit zu stellen, welche gut anpassbare Einsatzmöglichkeiten mit effizienter Nutzung von Sonnenenergie bietet.

Diese Aufgabe wird bei einer Reinwassergewinnungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Reinwassergewinnungsanlage aus mehreren Modulen zusammengesetzt ist, die mittels einer Schwimmrahmenanordnung zusammengehalten sind, wobei zumindest ein Modul als A-Typ ausgestaltet ist, das eine Wasserverdunstungsvorrichtung umfasst, und mindestens ein weiteres Modul als B-Typ ausgestaltet ist, das eine Photovoltaikvor- richtung umfasst, oder als C-Typ ausgestaltet ist, das eine Wasserstoffgewinnungsvorrichtung umfasst, oder dass mehrere weitere Module vorhanden sind, von denen zumindest eines als Modul des B-Typs und zumindest eins als Modul des C-Typs ausgestaltet sind.

Durch den modularen Aufbau mit den verschiedenen Modulen und einander angepassten Rahmen lassen sich Anlagen mit Reinwassergewinnung, insbesondere aus Meerwasser, und mit Nutzung des Reinwassers im Zusammenhang mit der elektri- sehen Energiegewinnung und/oder Wasserstofferzeugung (gegebenenfalls in Verbindung mit einer anderen elektrischen Energiequelle wie z. B. aus Windenergie) vorteilhaft auf die örtlichen und klimatischen Gegebenheiten des Einsatzortes abstimmen. Ein CO2-Ausstoß wird vermieden. Beispielsweise wird durch die zwischen der Wasserfläche und dem bestrahlten Wasserflächenbereich angeordnete Wasserzuführvorrichtung zwischen dem die Wasserfläche aufweisenden großen Wasservolumen und dem den bestrahlten Wasserflächenbereich aufweisenden relativ kleinen Volumen eine Barriere gebildet, über die eine dosierte Wasserzuführung in das kleine Volumen erreicht wird, wodurch die Erwärmung des Wassers und damit einhergehende Verdunstung im Vergleich zu einer direkten Bestrahlung der Wasserfläche beschleunigt wird. Dabei ist die Wasserzuführvorrichtung vorteilhaft so ausgebildet, dass die dem kleinen Volumen zugeführte Wassermenge zumindest in etwa der verdunsteten bzw. verdunstbaren Wassermenge in dem Wasserflächenbereich entspricht. Auch ist das kleine Volumen vorteilhaft so abgestimmt, dass die eingestrahlte Wärmeenergie das Wasser in dem kleinen Volumen zum Erreichen einer möglichst hohen Verdunstungsmenge effektiv aufwärmt (z. B. um mindestens 10 Kelvin über die Temperatur der darunter liegenden Wasserfläche, beispielsweise auf 60 °C bis 70 °C, bei maximaler Sonneneinstrahlung). Wasser, das nicht für die Wasserstoffgewinnung benötigt wird, kann zur Trinkwasserversorgung oder für Bewässerungszwecke genutzt werden. Das Konzentratorsystem dient der Aufwärmung des Wasservolumens im Bereich der Wasserfläche und kann z. B. auch durch ein Röhrensystem selbst gebildet sein, das die (zumindest teilweise) zu verdunstende Wassermenge führt.

Die Wasserzuführvorrichtung hat dazu weiterhin vorteilhaft einen wärmeisolierenden Aufbau. Die dosierte Wasserzuführung bzw. -nachführung kann dabei passiv selbstregulierend (z. B. über eine Schwimmerventilanordnung oder Kapillarwirkung) oder aktiv gesteuert oder geregelt erfolgen, wobei eine Aktuatorvorrichtung, z. B. in einer Ventilanordnung, angesteuert wird. Die Modulanordnung bietet vorteilhafte Gestaltungs- und Nutzungsmöglichkeiten dadurch, dass die Schwimmrahmenanordnung zumindest abschnittsweise rohrförmig zum Durchleiten verdunsteten Wassers zu der Reinwassersammelstelle ausgebildet ist, wobei auch mehrere vertikal übereinander angeordnete Rohre zumindest abschnittsweise vorhanden sein können, und dass die Schwimmrahmenanordnung pro Modul einen Teilrahmen aufweist und/oder weiterhin dadurch, dass die Schwimmrahmenanordnung zumindest abschnittsweise aus lichtdurchlässigem Kunststoffmatenal, beispielsweise gegen Meerwasser und die Einwirkung von UV-Strahlung beständiges Acrylglas, ausgebildet und/oder mit lichtbündelnden Elementen, wie Sammellinsen oder einer Spiegelstruktur bzw. Spiegelbeschichtung, versehen ist. Der Rahmen wird dabei gleichzeitig für das Verdampfungssystem und Wasseraufnahmesystem bzw. Leitungssystem neben seiner Trage- und Kopplungsfunktion genutzt. Die lichtdurchlässigen Röhren können zur Absorption der Wärmestrahlung auf ihrer der Sonne abgewandten bzw. unteren Seite, vorzugsweise innen, schwarz, z. B. mit einer Folie oder einem Anstrich beschichtet sein und/oder auf ihrer der Sonne abgewandten Seite wärmeisolierend ausgekleidet sein.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Reinwassergewinnungsanlage besteht darin, dass die Schwimmrahmenanordnung mindestens eine, insbesondere in ihrem geodätisch oberen Bereich, mit Durchtrittsöffnungen versehene Hohlröhre aufweist, durch die der Wasserdampf des verdunsteten Wassers zur Gewinnung des Reinwassers absaugbar ist. Über das Rohrsystem selbst oder die z. B. siebartigen bzw. gitterartigen Durchtrittsöffnungen in ihrem oberen Bereich der insbesondere eigenstabilen Hohlröhre(n) lässt sich die mit dem verdunsteten Wasserdampf angereicherte Luft vorteilhaft über die Röhre absaugen und der Kondensationsvorrichtung zuführen. Die Absaugvorrichtung besteht insbesondere in einer Vakuumansaugpumpe, die z. B. mittels durch Sonnenenergie (Photovoltaik) und/oder Windenergie (Windgenerator) gewonnener elektrischer Energie betrieben wird. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten der Reinwassergewinnungsanlage bestehen darin, dass das Konzentratorsystem zum Verdichten der Sonnenstrahlen durch Bündelung mindestens eine Sammellinsenanordnung und/oder mindestens eine Sammelspiegelanordnung aufweist. Dabei kann das Konzentratorsystem zur möglichst hohen Wärmeenergiegewinnung dem tageszeitabhängigen bzw. gegebenenfalls jahreszeitabhängigen Sonnenstand nachführbar ausgebildet bzw. installiert sein. Die Sammellinsenanordnung kann vorteilhaft als Stufenlinsenanordnung bzw. Fresnellinsenanordnung ausgebildet sein, so dass möglichst wenig Material für ihren Aufbau benötigt wird.

Eine für eine weitere Verwendung vorteilhafte Ausbildung besteht darin, dass die Reinwassergewinnungsanlage die Wasserstoffgewinnungsvorrichtung zum Gewinnen von Wasserstoff aus dem verdunsteten Wasser bzw. dem gewonnenen Reinwasser durch Elektrolyse umfasst.

Für den Betrieb und die Nutzung der Reinwassergewinnungsanlage ist des Weiteren vorteilhaft vorgesehen, dass sie zum Bereitstellen elektrischer Energie die Photovol- taikvorrichtung aufweist, insbesondere zum Betreiben eines Saugaggregats der Ab- saugvorrichtung und/oder der Wasserstoffgewinnungsvorrichtung. Elektrische Energie kann zusätzlich oder alternativ auch mittels einer insbesondere an einer Tragevorrichtung auf dem Schwimmrahmen angeordneten (entsprechend leicht gebauten) Windkraftanlage gewonnen werden, die auch bei geringer oder fehlender Sonneneinstrahlung elektrische Energie liefern kann. Die elektrische Energie kann vorteilhaft, soweit nicht zum Betrieb benötigt, in einem ebenfalls vorgesehenen Speichersystem gespeichert werden. Zur zusätzlichen Gewinnung elektrischer Energie sind zudem Generatoren denkbar, die aus der Wellenbewegung des umgebenden Wassers elektrische Energie erzeugen. Dabei reichen z. B. zum Betrieb einer Absaugvorrichtung geringer Leistung geringe Energiemengen aus. Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass die Wasserzuführvorrichtung eine Ventilanordnung aufweist, die ein Zurückfließen von Wasser aus dem bestrahlten Wasserflächenbereich zur Wasserfläche hin verhindert.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass zum Transport von Wasser von der Wasserfläche durch Kapillarwirkung nach oben in den bestrahlten Wasserflächenbereich eine Wasseransaugschicht vorhanden ist oder dochtartige Elemente vorhanden sind und dass das Konzentratorsystem relativ zu der geodätisch oberen Seite der Wasseransaugschicht bei der Anwendung so angeordnet ist, dass durch die Wärmeenergie der zugeführten bzw. verdichteten Sonnenstrahlen angesaugtes Wasser verdunstet bzw. verdampft wird.

Mittels der so mit der Wasseransaugschicht ausgebildeten Reinwassergewinnungsanlage lässt sich die Verdunstung des Wassers mittels der im Bereich der Oberfläche der Wasseransaugschicht bereitgestellten, aus der verdichteten Sonnenstrahlung gewonnenen Wärmeenergie gegenüber einer direkten Einstrahlung auf die Wasseroberfläche steigern, da Kühlungseffekte durch das darunter befindliche Wasservolumen wesentlich reduziert sind. Gleichzeitig ergibt sich in gewisser Weise eine Selbstregulierung der Wasserzufuhr, da die Menge des durch die Kapillarwirkung zugeführten Wassers auch von der tageszeitabhängigen Wärmezufuhr und der dadurch bewirkten Verdunstungsmenge abhängt. Die Wasseransaugschicht lässt sich in ihren Wassertransporteigenschaften auf den zu erwartenden (z. B. einen mittleren) Verdunstungsgrad abstimmen, um eine möglichst effiziente Reinwassergewinnung zu erzielen, wobei insbesondere die Dicke der Wasseransaugschicht (z. B. zwischen 1 cm und 1 dm oder mehreren dm), die Materialwahl und/oder die Kapillaranordnung, -ausbildung, -große, -dichte zum Erreichen eines optimalen Wassertransports zur Oberfläche optimiert werden kann. Beispielsweise lässt sich schwammartiges oder fließartiges Material bzw. Gewirk aus künstlicher und/oder natürlicher Substanz (insbesondere Fasern) verwenden, um betreffende Hohlräume bzw. Poren oder Kanäle für die Kapillarwirkung auszubilden und die mattenartige Ansaugschicht kann starr oder mehr oder weniger flexibel ausgebildet werden. Das Wasser lässt sich so dosiert in den Oberflächenbereich der Wasseransaugschicht führen. Dadurch wird gleichzeitig eine beruhigte Verdunstungszone bewirkt. Dabei kann Salz und Schmutz abweisendes Material gewählt bzw. eine leicht zu reinigende bzw. sich selbstreinigende Beschichtung an der Unterseite der Wasseransaugschicht ausgebildet oder eine wasserdurchlässige (z. B. perforierte) Beschichtung austauschbar angebracht sein.

Verschiedene vorteilhafte Ausgestaltungen für die Anwendung bestehen ferner darin, dass die Wasseransaugschicht als eine auf der Wasserfläche bei Anwendung aufliegende oder über ihre Dicke teilweise in diese eintauchende, als Kapillaren wirkende Hohlräume aufweisende mattenartige Schicht ausgebildet ist, die selbstschwimmend und/oder unter Anbindung an die Schwimmrahmenanordnung auf der Wasserfläche getragen ist.

Für einen durchgängigen Betrieb der Wasserstoffgewinnungsvorrichtung bei unterschiedlichen Wetterlagen ist weiterhin von Vorteil, dass dem Wasserflächenbereich ergänzend über ein Zuleitungssystem Süßwasser zuführbar ist.

Für eine effiziente Ausnutzung vorhandener Sonnenstrahlung ist vorteilhaft vorgesehen, dass sie eine Nachführvorrichtung aufweist, mittels deren das Konzentratorsystem dem Sonnenstand zum Erzeugen einer möglichst hohen Strahlungsdichte auf den bestrahlten Wasserflächenbereich nachführbar ist. Dabei ist die Nachführvorrichtung zumindest zur Nachführung des tageszeitabhängigen Sonnenstands ausgebildet, kann zur genaueren Ausrichtung und noch effektiveren Nutzung der Strahlungsleistung zusätzlich jedoch auch zur Nachführung des jahreszeitabhängigen Sonnenstands ausgebildet sein. Zur Nachführung ist vorteilhaft eine Regelungsvorrichtung vorgesehen. Mit dieser kann die tageszeitabhängige Nachführung azimutal und die jahreszeitabhängige Nachführung entsprechend der Elevation bzw. dem Höhenwinkel erfolgen. Dabei besteht eine für den Betrieb weitere vorteilhafte Ausgestaltung darin, dass mittels der Nachführvorrichtung allein oder zusätzlich mit Sonnenstrahlung beaufschlagte Solarmodule der Photovoltaikvorrichtung dem Sonnenstand nachführbar sind.

Eine für den Aufbau und die Funktion vorteilhafte Ausführung besteht darin, dass die Nachführvorrichtung als Antriebssystem zumindest für die tageszeitabhängige Sonnenstandsnachführung einen kreisförmig gebogenen Hydraulikzylinder aufweist. Ein derartiger kreisförmiger Hydraulikzylinder bzw. eine Kreiskolbenmaschine ist z. B. in der DE 102007 001 021 B4 gezeigt. Sie kann aus korrosionsbeständigem Material und/oder widerstandsfähigem Kunststoff ausgebildet sein.

Eine hinsichtlich Sonneneinstrahlungsverhältnissen (wie Sonnenscheindauer über das Jahr, geografische Lage) und örtlichen bzw. räumlichen Gegebenheiten sowie gegebenenfalls auch hinsichtlich Leistungsfähigkeit bzw. Leistungsbedarf vorteilhafte Auslegung der Reinwassergewinnungsanlage wird dadurch erhalten, dass sie zumindest teilweise in Geometrie und/oder Funktion gleichartige oder ungleichartige Module aufweist.

Eine vorteilhafte Anpassungsmöglichkeit dafür bietet ein Baukastensystem zum Aufbau einer Reinwassergewinnungsanlage, wobei mehrere zusammensetzbare Module eines A-Typs zum Aufbau der Wasserverdunstungsvorrichtung vorhanden sind und/oder dass mehrere zusammensetzbare Module eines B-Typs zum Aufbau einer Photovoltaikvorrichtung vorhanden sind, wobei vorteilhaft des Weiteren vorgesehen sein kann, dass auch mehrere Module eines C-Typs zum Aufbau einer Wasserstoffgewinnungsvorrichtung vorhanden sind, und wobei mindestens zwei Module verschiedenen Typs vorhanden sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Querschnittsansicht einer Reinwassergewinnungsanlage mit einer Wasserverdunstungsvorrichtung,

Fig. 2 eine aus mehreren Modulen zusammengesetzte Reinwassergewinnungsanlage in schematischer Ansicht,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel einer Nachführvorrichtung für die Reinwassergewinnungsanlage mit angeschlossenen Komponenten in schematischer Ansicht,

Fig. 4 ein schematisch dargestelltes Modul beispielsweise eines A-Typs (Funktion einer Wasserverdunstungsvorrichtung),

Fig. 5 in schematischer Darstellung einen Eckbereich eines Moduls beispielsweise eines A-Typs.

Eine in Fig. 1 beispielhaft gezeigte erfindungsgemäße Reinwassergewinnungsanlage 1 weist eine Schwimmrahmenanordnung 2 auf, die auch als Tragrahmen für ein daran mittels eines Trägersystems gehaltenes Konzentratorsystem 3 für einfallende Sonnenstrahlen 8 genutzt wird, wobei die Schwimmrahmenanordnung 2 auf der Wasserfläche 11 , beispielsweise einer Meerwasserfläche, schwimmend ausgebildet ist. In dem von der Schwimmrahmenanordnung 2 umgebenen Bereich der Wasserfläche 11 ist eine Wasserzuführvorrichtung 12 angeordnet.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Wasserzuführvorrichtung 12 als Wasseransaugschicht 4 ausgebildet, die auf der oder teilweise über ihre Dicke in die Wasseroberfläche eintauchend selbst schwimmend ausgebildet und/oder an dem Schwimmrahmen 2 mittels geeigneter Befestigungsmittel gehalten ist. Die (geodätisch) obere Seite der Wasserzuführvorrichtung 12, beispielsweise der Wasseran- saugschicht 4, ist von der der Sonne zugewandten Einfallseite des Konzentratorsystems 3 abgewandten Rückseite desselben so beabstandet, dass die durch das Konzentratorsystem 3 verdichteten bzw. gebündelten Sonnenstrahlen 8 möglichst vollflächig verteilt auf den Bereich der Oberseite der Wasserzuführvorrichtung 12 bzw. der Wasseransaugschicht 4 gelenkt werden. Das Konzentratorsystem 3 und die Wasser- zuführvorrichtung 12 wie der Wasseransaugschicht 4 bilden wesentliche Komponenten einer Wasserverdunstungsvorrichtung 10, wobei die Wasserzuführvorrichtung 12 bzw. Wasseransaugschicht 4 als Transportsystem für das Wasser von der Wasserfläche 11 (insbesondere Meerfläche oder See) in den Oberflächenbereich der Wasseransaugschicht 4 mittels Kapillarwirkung fungiert. Alternativ zu der gezeigten Wasseransaugschicht 4 kann die Wasserzuführvorrichtung 12 als eine Anordnung mit einer Ventilvorrichtung 120 ausgebildet sein, über die von der Wasserfläche 11 Wasser dosiert in Abstimmung auf die dem bestrahlten Wasserflächenbereich zugeleitete Strahlungsleistung bzw. über die Zeit zugeführte Strahlungsenergie zu einer möglichst effektiven Verdunstung zugeführt wird.

Das Konzentratorsystem 3, das die einfallenden Sonnenstrahlen 8 verdichtende bzw. bündelnde Elemente, wie eine Sammellinsenanordnung (z. B. in Ausbildung mit Fresnellinsen) und/oder Sammelspiegelanordnung, aufweist, ist bezüglich der Oberseite der Wasserzuführvorrichtung 12 bzw. Wasseransaugschicht 4 so beabstandet und positioniert, dass deren Oberfläche nahe dem oder im Fokuspunkt der bündelnden Linsen- bzw. Spiegelelemente liegt, sodass im Bereich der Oberfläche, d. h. auch noch etwas unterhalb derselben (in Dickenrichtung z. B. um die Hälfte, ein Drittel oder ein Viertel der Dicke unterhalb der Oberfläche) eine deutliche Erwärmung des zur Oberfläche transportierten Wassers für eine möglichst effektive Verdunstung erzielt wird, jedenfalls eine wesentlich stärkere Verdunstung als ohne Konzentratorsystem. Die Anzahl der die Sonnenstrahlen 8 konzentrierenden Linsen- bzw. Spiegelelemente ist dabei vorteilhaft zum Bewirken einer möglichst effektiven Verdunstung des herantransportierten Wassers in Abstimmung auf die Transporteigenschaften und auch Wärmeleiteigenschaften der Wasserzuführvorrichtung 12 bzw. der Wasseransaugschicht 4 abgestimmt. Vorteilhaft liegen die Auftreffpunkte der Hauptstrahlen (nicht unbedingt der Fokuspunkte) der gebündelten Strahlenbündel weitgehend gleichmäßig verteilt auf der Oberfläche des bestrahlten Wasserflächenbereichs bzw. der Wasseransaugschicht 4, sodass eine möglichst weitgehend örtlich homogene Wärmeverteilung im Bereich der Oberfläche des bestrahlten Wasseroberflächenbereichs bzw. der Wasseransaugschicht 4 erreicht wird. Dabei hängt die Gleichmäßigkeit der Wärmeverteilung u. a. (neben dem Abstand und der Konzentration der verdichteten Strahlenbündel) auch von der Wärmeleitfähigkeit der Wasseransaugschicht 4 ab, wie z. B. entsprechendem Kunststoffmaterial, wärmeleitfähigem, porösem Keramikmaterial, evtl, auch metallischem Material (z. B. bei Verwendung eines Drahtgewirks zumindest im Bereich der Oberfläche der Wasserzuführvorrich- tung 12 wie der Wasseransaugschicht 4) oder auch natürlichem Fasermaterial oder einer Materialkombination aus solchen Materialien ab, wobei eine geeignete dosierte Zuführung wie z. B. durch Kapillarwirkung hergestellt ist.

Das an der Oberfläche der Wasserzuführvorrichtung 12 wie der Wasseransaugschicht 4 verdunstete bzw. verdampfte Wasser steigt insbesondere in dem Bereich unterhalb des Konzentratorsystems 3 auf und wird aus diesem Raum mittels einer Saugvorrichtung, die ein Saugaggregat 6 aufweist, abgesaugt. Zu diesem Zweck ist vorteilhaft z. B. der Schwimmrahmen 2 zumindest teilweise mittels schwimmfähiger, insbesondere eigenstabiler, Hohlröhren 20 ausgestattet, über die der Wasserdampf 9 des verdunsteten Wassers abgesaugt wird. Zusätzlich oder alternativ kann, wie Fig. 3 zeigt, zum Sammeln des Wasserdampfs ein kuppelförmiger Auffangschirm vorhanden sein, an die ein Saugaggregat 6 angeschlossen ist.

Zur Gewinnung des Reinwassers wird der Wasserdampf über eine Kondensationsvorrichtung 7 geführt und das sich bildende Kondenswasser als Reinwasser gesammelt. Die Hohlröhren 20 sind in ihrem (geodätisch) oberen Bereich mit z. B. siebartigen oder gitterartigen Durchtrittsöffnungen versehen, durch die die mit dem Wasserdampf 9 angereicherte Luft abgesaugt wird, wie in der Fig. 1 mit den breiten Pfeilen kenntlich gemacht ist. Auch bereits in den Hohlröhren 20 (durch Kühlwirkung des umgebenden Wasservolumens) entstehendes Kondenswasser kann gesammelt und für die Reinwassergewinnung genutzt werden. Dabei bildet die Schwimmrahmenanordnung mit den transparenten Hohlröhren zumindest einen Teil des Konzentratorsystems zum Sammeln der Sonnenstrahlen bzw. der von dieser zugeführten Wärmenergie.

Um eine möglichst große Energieausbeute aus Sonneneinstrahlung zu erreichen, weist die Reinwassergewinnungsanlage 1 vorteilhaft eine Nachführvorrichtung 13 auf, die beispielsweise entsprechend Fig. 3 aufgebaut ist. Die Nachführvorrichtung 13 dient insbesondere zum Nachführen des Konzentratorsystems 3 gemäß dem Sonnenstand über den Tagesverlauf. Zusätzlich kann auch eine der Höhe des Sonnenstands über den Jahresverlauf angepasste Nachführung vorgesehen sein. Für die tageszeitabhängige Nachführung ist z. B. ein (geodätisch) horizontal angeordneter erster Hydraulikzylinder 130 in kreisförmiger Ausbildung vorhanden, während für den jahreszeitabhängigen Verlauf des Sonnenstands zur Nachführung ein zur Ebene des ersten Hydraulikzylinders 130 in senkrechter Ebene angeordneter zweiter kreisförmiger Hydraulikzylinder 131 vorgesehen ist. Damit kann eine Nachführung in Azimutalrichtung und gegebenenfalls Elevationsrichtung erfolgen. Derartige kreisförmige Hydraulikzylinder sind in der eingangs genannten DE 10 2007 001 021 B4 gezeigt. Vorliegend sind sie aus zum Einsatz im Wasser, beispielsweise Salzwasser, entsprechend korrosionsbeständigem Material, beispielsweise aus widerstandsfähigem Kunststoff, ausgebildet oder mit einer feuchtigkeitsdichten Umkapselung versehen. Die Nachführvorrichtung 13, mit dem z. B. so ausgebildeten Antriebssystem, weist zur Nachführung eine Steuerungseinrichtung, insbesondere Regelungseinrichtung zur genauen Nachführung gemäß dem Sonnenstand auf.

Um elektrische Energie beispielsweise zum Betreiben des Saugaggregats 6 bereit zu stellen, ist vorteilhaft eine Photovoltaikvorrichtung 5 vorhanden, die beispielsweise an der Schwimmrahmenanordnung 2 mittels einer Tragkonstruktion angebracht ist oder der ein eigenes Modul 14 zugeordnet ist, beispielsweise mit einer eigenen Teil- Schwimmrahmenanordnung. Auch kann alternativ oder zusätzlich zur Gewinnung elektrischer Energie eine Windkraftanlage bzw. Windturbine (kleiner Bauart) insbesondere an der Schwimmrahmenanordnung 2 installiert sein und zum Speichern elektrischer Energie kann die Reinwassergewinnungsanlage 1 zudem geeignete Speicherkomponenten umfassen.

Vorteilhaft ist die Reinwassergewinnungsanlage 1 mit einer Wasserstoffgewinnungsvorrichtung 40 versehen, die auf Basis der Elektrolyse aus dem gewonnenen Reinwasser Wasserstoff erzeugt, wobei die elektrische Energie ebenfalls von der Photo- voltaikvorrichtung 5 bzw. den zusätzlichen elektrischen Energiequellen bereitgestellt wird.

Für eine Reinwassergewinnung bzw. auch Wasserstoffgewinnung in größerem Maßstab kann die Reinwassergewinnungsanlage 1 entsprechend großflächig ausgebildet oder kaskadierbar aus einer Vielzahl von kleineren (z. B. rechteckigen oder quadratischen) Reinwassergewinnungsanlagen 1 ausgestaltet werden, die z. B. aus einzelnen Modulen 14 zusammengesetzt ist, wie Fig. 2 schematisch zeigt.

Dabei kann die Reinwassergewinnungsanlage 1 aus mehreren gleichartigen und/oder ungleichartigen Modulen 14 zusammengesetzt sein, die z. B. als Komponenten eines Baukastensystems vorgehalten werden können. Gleichartige Module 14 entsprechen sich dabei in ihrem konstruktiven und geometrischen Aufbau und besitzen gleiche Funktion, wogegen ungleichartige Module 14 sich im konstruktiven Aufbau, ihrer Geometrie und/oder ihrer Funktion unterscheiden. Module 14 eines A- Typs z. B. entsprechen in ihrer Funktion der Wasserverdunstungsvorrichtung 10 und sind mit einer Adaptereinrichtung versehen, um sie als eine vergrößerte, leistungsfähigere Wasserverdunstungsvorrichtung 10 verglichen mit ihrer Einzelanwendung aus mehreren Modulen dieses Typs zusammenzusetzen. Module 14 eines B-Typs entsprechen in ihrer Funktion einer Photovoltaikvorrichtung 7 und besitzen Adapterein- richtungen, um sie zu einer größeren, leistungsfähigeren Photovoltaikvorrichtung 7 aus mehreren Modulen dieses Typs zusammenzusetzen. Module 14 eines C-Typs entsprechen in ihrer Funktion einer Wasserstoffgewinnungsvorrichtung 40 und besitzen Adaptereinrichtungen, um sie zu einer größeren, leistungsfähigeren Wasserstoffgewinnungsvorrichtung 40 aus mehreren Modulen dieses Typs zusammenzusetzen. Auch besteht die Möglichkeit einer mehr oder weniger großen und unterschiedlich geometrisch geformten Reinwassergewinnungsanlage 1 aus mindestens zwei Modulen 14 verschiedener Typen zusammenzusetzen, so dass der Anwender je nach Bedarf und örtlichen Gegebenheiten eine für ihn vorteilhafte Reinwassergewinnungsanlage 1 zusammenstellen kann.

Wie Fig. 2 zeigt, können die Module 14 z. B. Rechteckform gleicher Länge und Breite besitzen und in einer Reihe entlang ihrer Längsseiten über die Adaptereinrichtung zusammengesetzt und von einer gemeinsamen Schwimmrahmenanordnung 2 umgeben sein. Eine vorteilhafte Ausbildung besteht auch darin, dass jedes Modul 14 mit einer eigenen Schwimmrahmenanordnung 2 versehen ist und die Schwimmrahmen mit Adaptereinrichtungen versehen sind, so dass die Module 14 über ihre Schwimmrahmen miteinander verbindbar sind. Die Adaptereinrichtungen weisen mechanische Verbindungselemente zur schnellen Kopplung miteinander auf und können zudem auch so ausgebildet sein, dass sie eine funktionsgerechte Kopplung z. B. für die Energieübertragung umfassen. Somit kann z. B. eine Wasserverdunstungsvorrichtung 10 mit mindestens einem Modul 14 des A-Typs in Kombination mit mindestens einem Modul 14 des B-Typs als Photovoltaikvorrichtung 7 vorteilhaft mit Strom versorgt werden. Je nach Intensität der Sonneneinstrahlung z. B. in Abhängigkeit von der geometrischen Breite kann somit eine Reinwassergewinnungsanlage 1 mit einer mehr oder weniger großen Wasserverdunstungsvorrichtung 10 oder einer mehr oder weniger großen Photovoltaikvorrichtung 7 zur Anwendung kommen. In einer Meeresbucht oder benachbart einer Industrieanlage kann auch eine an den Verlauf einer Küstenlinie angepasste Reinwassergewinnungsanlage zusammengestellt werden, die sich mehr oder weniger in die Länge oder Breite erstreckt und auch in geeigneter Form zusammengesetzt werden kann. Dazu sind vorteilhaft Module 14 unterschiedlicher geometrischer Form und/oder Größe, wie dreieckförmig, rechteckförmig, quadratisch, sechseckförmig oder anderer Form vorgesehen, die z. B. mosaikartig oder puzzleartig zusammengesetzt werden können.

Zur Beruhigung von Wellenbewegungen kann um die Reinwassergewinnungsanlage 1 eine Anordnung von Schürzen vorgesehen werden.

Zum Entfernen oder Reduzieren von Salz- oder Schmutzablagerungen ist die Reinwassergewinnungsanlage 1 , insbesondere die Wasserzuführvorrichtung 12, wie z. B. die Wasseransaugschicht 4, mit leicht reinigbaren Materialien, insbesondere an der dem Salzwasser zugekehrten Oberfläche, oder mit einer austauschbaren, an erforderlichen Stellen wasserdurchlässigen Beschichtung versehen.

Fig. 4 zeigt in schematischer Darstellung ein z. B. in seiner äußeren Geometrie quadratisch gestaltetes Modul 14, beispielsweise ein Modul des A-Typs mit der Funktion einer Wasserverdunstungsvorrichtung. Um möglichst viel Sonnenenergie über den gesamten Tagesverlauf für die Erwärmung des beaufschlagten Wasserflächenbereichs bzw. des betreffenden Wasservolumens zu erhalten, ist eine Seite des Moduls im Wesentlichen nach Osten 0 gerichtet, sodass die im Uhrzeigersinn anschließenden Seiten entsprechend nach Süden S, Westen W und Norden N gerichtet sind. Auf der Ostseite verlaufen transparente Hohlröhren 20 oder gegebenenfalls über Zwischenteile beweglich aneinandergekoppelte Röhrenabschnitte parallel zur betreffenden Modulseite bzw. in Richtung der betreffenden Seite der Schwimmrahmenanordnung 2 und damit rechtwinklig zur Ostrichtung, sodass großflächig Wärmestrahlung von den vorteilhaft aus Acrylglas aufgebauten Hohlröhren 20 aufgenommen wird, die bei dieser Ausführung einen Teil des Konzentratorsystems der Sonnenstrahlung bilden. Dabei geht es ja um eine möglichst gute Erfassung und Einkopplung der von der Sonne gelieferten Wärmeenergie, um das aufgewärmte Meerwasservolumen unter dem betreffenden Wasserflächenbereich möglichst effektiv zu verdunsten bzw. zu verdampfen. Beispielsweise liegt der Durchmesser der Hohlröhren 20 im Bereich zwischen ca. 10 cm und 80 cm bei einer Wandstärke der hochtransparenten Wandung, insbesondere aus Acrylglas, von ca. 1 mm oder mehreren Millimetern, wobei sich z. B. eine Lichtdurchlässigkeit zwischen 80 % und 95 % der auftreffenden Sonnenstrahlung ergibt und im Innern der Hohlröhre 20 z. B. Temperaturen zwischen 50 °C und 80 °C, beispielsweise zwischen 60 °C und 70 °C, für einen relativ hohen Verdunstungsgrad, erreicht werden. Auf der von der Einstrahlrichtung abgewandten Seite können die Hohlröhren 20 mit einer schwarzen Innenbeschichtung 200 versehen sein und/oder eine Wärmeisolationsschicht aus wärmeisolierendem Material aufweisen, um die Wärme möglichst gut im Innern der Hohlröhre 20 zu halten. Verdunstetes Wasser kann dann durch das Innere der Hohlröhre mittels der Absaugvorrichtung abgeführt und, insbesondere kondensiert, in der Sammelvorrichtung als Reinwasser gesammelt werden. Ist ein Röhrensystem mit mehreren Röhrenabschnitten versehen, so sind die Verbindungsbereiche in Form der Zwischenteile zum Durchströmen der mit dem Wasserdampf beladenen Luft in geeigneter Weise mit durchström baren Durchgängen versehen. Die Wärmeisolationsschicht, die vorzugsweise im Innern der Hohlröhren 20 angeordnet ist und z. B. eine Dicke von etwa 0,5 cm bis zu 10 cm aufweisen kann, führt dabei zur Verringerung des Luft- Innenvolumens der Hohlröhren, wodurch sich das Luft-Innenvolumen entsprechend schnell aufwärmen kann.

Wie Fig. 4 weiter zeigt, sind in dem betreffenden Randbereich des Moduls 14 z. B. mehrere horizontal entlang der betreffenden Modulseite verlaufende Hohlröhren 20, 20‘, 20“ in der Vertikalen oder etwas schräg dazu aufeinanderliegend angeordnet, um möglichst viel Sonnenstrahlung in ihrem Rohrinneren aufzunehmen und dort vorhandenes Wasser durch die erzeugte Wärme zu verdunsten. In der unteren Hohlröhre 20 des Röhrensystems kann Meerwasser über eine Wasserzuführvorrichtung 12 des vorstehend beschriebenen Aufbaus eingeleitet werden. In die darüber angeordneten Hohlröhren 20‘, 20“ kann z. B. über Pumpen geringer Leistung oder passiv z. B. über Kapillarwirkung, wie z. B. Dochtelemente, zu verdunstendes Wasser ein- geleitet werden, beispielsweise in Abstimmung auf den Verdunstungsgrad unter betreffender aktiver Regelung oder selbstregulierend. Die mit Wasserdampf beladene Luft kann dann, wie vorstehend beschrieben, mittels der Ableitvorrichtung abgeführt und, insbesondere nach Kondensation, gesammelt werden.

Wie aus Fig. 4 weiter ersichtlich, kann mittels des Röhrensystems bereits nach Sonnenaufgang von Osten 0 einfallende Sonnenstrahlung vorteilhaft genutzt werden. Entsprechend kann das Röhrensystem auf der Westseite W aufgebaut sein, um aus westlicher Richtung vor Sonnenuntergang einfallende Sonnenstrahlung zu nutzen. In der Zwischenzeit über den südlichen Himmel einfallende Sonnenstrahlung wird über eine quer zur südlichen Einfallsrichtung S verlaufende Röhrenanordnung mit horizontalen Röhren genutzt, die vorliegend beispielsweise rechtwinklig zur Südrichtung S angeordnet ist. Um die den wesentlichen Beitrag liefernde Sonneneinstrahlung aus südlicher Richtung möglichst weitgehend zu nutzen, ist die quer bzw. rechtwinklig zur Südrichtung S angeordnete Anordnung der Hohlröhren 20 vorteilhaft vollständig oder weitgehend vollständig über die gesamte von der Schwimmrahmenanordnung 2 eingefasste Modulfläche des betreffenden Moduls 14 verteilt, wobei die Hohlröhren 20 in vorstehend beschriebener Weise lichtdurchlässig, insbesondere aus Acrylglas, vorteilhaft innen schwarz beschichtet und gegebenenfalls wärmeisoliert ausgeführt sind und über eine in vorstehend beschriebener Weise aufgebaute Wasserzuführvorrichtung mit zu verdunstendem Wasser beaufschlagt werden.

Um auch die Schwimmrahmenanordnung 2 der anderen Module des B-Typs bzw. C- Typs zusätzlich für die Reinwassergewinnung unter Aufwärmung durch die Sonnenstrahlung zu nutzen, können auch bei diesen Modulen die Schwimmrahmenanordnungen 2 mit einem Röhrensystem, wie es bei den Modulen des A-Typs für die Ostseite und Westseite verwendet wird, (z. B. auch auf der Südseite) versehen sein. Damit kann die Schwimmrahmenanordnung 2 auch der Modul-Typen B und C neben der Tragfunktion ebenfalls zur Reinwassergewinnung der Reinwassergewinnungsan- läge beitragen. Entsprechend kann das Röhrensystem einer die Gesamtanlage tragenden Schwimmrahmenanordnung ausgebildet sein.

Fig. 5 zeigt beispielhaft einen Eckbereich eines Moduls 14, beispielsweise des A- Typs, mit aus mehreren Röhrenabschnitten einer Länge L über bewegliche Verbindungsbereiche gebildeten Hohlröhren 20. Dem Innern der Hohlröhren wird beispielsweise über eine Ventilvorrichtung 120 oder z. B. mittels Kapillarwirkung zu verdunstendes Wasser zugeführt. Um die Module z. B. zu Inspektions- oder Wartungszwecken begehen zu können, ist bei diesem Ausführungsbeispiel um die Schwimmrahmenanordnung 2 außen zumindest abschnittsweise ein Laufsteg 21 angeordnet. Der Laufsteg 21 kann dabei ebenfalls (z. B. mittels Acrylglas) zumindest teilweise transparent und mit Hohlräumen versehen sein, um darin aufgenommenes zu verdunstendes Wasser bzw. Meerwasser mittels Sonnenenergie aufzuwärmen und nach Verdunstung für die Reinwassergewinnung zu nutzen. Ein Querschnitt eines Rohrabschnitts mit dem Durchmesser D und einem Ventil zum Einlassen von zu verdunstendem Wasser ist schematisch dargestellt. Fig. 5 zeigt beispielshaft auch einen Anker 15, wie er, z. B. in allen vier Eckbereichen, zum Verankern der betreffenden Module 14 bzw. der Reinwassergewinnungsanlage an mehreren Modulen 14 verwendet werden kann. Ähnlich können auch Module 14 anderer geometrischer Form an geeigneter Stelle z. B. einer Meeresbucht verankert werden.