AT389922B - Photochemischer solargenerator - Google Patents

Description

Nr. 389922

Die Erfindung beschäftigt sich mit einer effektiveren Umwandlung von Wärmeenergie und insbesondere Sonnenenergie in mechanische oder elektrische Energie.

Sonnenkollektoren werden derzeit einerseits als Niedertemperaturkollektoren angewendet, z. B. mit Absorptionsfarben beschichtete Rohre oder Platten oder Kombinationen von beiden, die gegen Abkühlung durch 5 transparente Glas- oder Plastikrohre oder Platten geschützt werden. Auch Vakuumkollektoren sind im Einsatz, welche durch ein Hochvakuum in einem Glasrohr gegen Verluste durch Wärmeaustausch mit der Umgebung weitestgehend geschützt sind und auf diese Weise relativ hohe Betriebstemperaturen erreichen können. Andererseits gibt es auch Hochtemperatuikollektoren, welche die Sonnenstrahlen mittels verschieden ausgeführter Spiegel in einem Brennpunkt oder einer Brennlinie konzentrieren. Darin befindet sich eine Anordnung von z. B. 10 Rohren oder anderen Hohlkörpern, in welchem als Wärmeträger Gase oder Flüssigkeiten so im Kreislauf geführt werden, daß sie durch die konzentrierte Strahlung auf hohe Temperaturen gebracht werden oder eine energetische Umwandlung erfahren. Die höhere Temperatur bietet den Vorteil höherer Energiedichte. Für die Energiespeicherung bedeutet das kleinere Speichervolumina, für Industrie und Haushalt breitere Anwendungsmöglichkeiten, für den Antrieb thermodynamischer Maschinen bessere Wirkungsgrade als beim 15 Niedertemperaturbereich, wenn auch dieser Anwendungsbereich aufwendige Wärmetauscher und große Energieverluste mit diesem System bedeuten, bei der Umwandlung in mechanische oder elektrische Energie.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad des thermodynamischen Kreisprozesses und dessen Umwandlung in mechanische/elektrische Energie zu verbessern.

Die Erfindung löst die Aufgabe dadurch, daß nicht nur die dem Sonnenlicht innewohnende Wärmeenergie, 20 sondern vor allem die chemische Energie umgewandelt und im Arbeitsmedium wirksam wird. Im Tieftemperaturbereich der Anlage (4), z. B. 20°C, liegt das Arbeitsmedium, eine Gleichgewichtsmischung von NO2 und N2O4 sowie (¾ als Frequenzshifter, in flüssiger Form und fast ausschließlich als N2O4 vor. Bei Zufuhr von Wärme zerfallt N2O4 in 2NC>2, bei 150°C liegt es bei Normaldruck fast ausschließlich in dieser Form und gasförmig vor, wobei sich das Molvolumen in entsprechendem Ausmaß vermehrt. Schon unter diesen 25 Umständen hätte eine mit diesem Arbeitsmedium betriebene thermodynamische Maschine einen besseren Wirkungsgrad als eine mit derzeit üblichen Arbeitsmedien betriebene, wie z. B. angeführt in DE-OS-2842236 (U. Hansen). Darüberhinaus wird dieses Arbeitsmedium im transparenten Absorptionsteil (2), (7), dem direkten und dem in (7) umgewandelten diffusen oder gebündelten Sonnenlicht, wie z. B. im US-PS-3203167 (L. GREEN) angeführt, ausgesetzt, welches eine Zerlegung des NO2 nach folgender Gleichung bewirkt: 30 2N02 + hv > 2NO + 02

Dadurch wird das Molvolumen weiter gesteigert. Diese Volumsarbeit kann nun in entsprechenden Maschinen abgearbeitet werden. Auf der Expansionsseite der Maschine wird das Gas gekühlt (3), wobei die Gase wie folgt 35 zurückreagieren: I: 2NO + 02 > Kat > 2N02 Π: 2N02 > Kühlung > N204

Das abgekühlte und verflüssigte N2O4 wird mit einer Speisepumpe (5) in den Absorptionsteil zurückgepumpt. Auch die dabei anfallende Wärme kann für den Prozeß in bekannter Weise genutzt werden. Die 40 im Absorptionsteil eingesetzten Fluoreszenzfarbkörper (7) werden vom strömenden Medium gekühlt, womit eine Zerstörung derselben vermieden wird.

Durch die direkte Absorption der Wärme- und Lichtenergie durch das Arbeitsmedium ergeben sich gegenüber bisher eingesetzten Methoden verschiedene Vorteile:

Durch den niederen Siedepunkt des Arbeitsmediums (20°C) ergibt sich ein günstiger Arbeitsbereich bezüglich 45 des Temperaturbereiches und der Kondensationsbedingungen.

Durch den Betrieb der Maschine mit dem Gemisch NO und O2 vermeidet man die Gefahr von Sattdampfbedingungen, da die angeführte Reaktion (I) mit einiger Verzögerung einsetzt und dadurch erst im Kühlteil (4) das Arbeitsmedium verflüssigt wird.

Durch den Einsatz eines bis auf den Lichteintritt verspiegelten und mittels Vakuum oder Isoliermaterial vor 50 Wärmeverlusten geschützten Absorbers kann man hohe Energiedichten bei geringen Verlusten erreichen.

Durch den Einsatz von NO2 wird das gesamte Sonnenlicht optimal genützt, die Wärmestrahlung bewirkt die

Reaktion: N204->2N02 55 Die Lichtstrahlung bewirkt die Zersetzung des N02 zu NO und O. Dabei wird die Strahlung nach dem Prinzip des "Schwarzen Körpers" im Absorber gefangen, bis ihre Energie im Arbeitsmedium umgesetzt ist

Durch die Verdampfung und anschließende Vergrößerung des Molvolumens gelingt die Umsetzung in mechanische oder elektrische Energie in einem weit höheren Ausmaß als mit derzeit eingesetzten thermischen oder photovoltaischen Solarzellen. -2-

Claims (4)

1. 5 Nr. 389922 Die Solarzelle kann auch ohne Sonnenschein thermisch betrieben werden, das heißt sie kann auch in den Nachtstunden Energie liefern, wenn gespeicherte Sonnenwärme oder andere Wärmequellen eingesetzt werden. PATENTANSPRÜCHE 10 1. Solargenerator zum Umwandeln von Energie, insbesondere Sonnenenergie in mechanische oder elektrische Energie, dadurch gekennzeichnet, daß als Arbeitsmedium N2O4/NO2 im Gleichgewicht eingesetzt wird, 15 welches durch die Energie des Sonnenlichtes oder des gebündelten Sonnenlichtes chemisch umgewandelt wird und mittels der aufgenommenen Energie direkt eine Maschine, z. B. eine Turbine (1), einen Kolbenmotor u. ä. antreibt.
2. 2. Solargenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe von Fluoreszenzfarbkörpern (7) 20 ein großer Teil des Sonnenlichtes in die für die Spaltungsreaktion von: 2 NO2 —> 2 NO + 02 wichtigen Wellenlängen umgewandelt wird, sodaß der drucksteigemde photochemische Prozeß entscheidend verstärkt wird, und daß durch geeignet eingestellten Gasdurchsatz und Verbrauch der thermischen und chemischen Energie des Sonnenlichtes durch das Arbeitsmedium der Reaktor (2) stets auf 150°C oder weniger gehalten und dadurch ein Zerstören des Farbstoffes (7) verhindert wird. 25
3. 3. Solargenerator nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Absorber ein nach dem Prinzip des "Schwarzen Körpers" ausgeführter Reaktor (2) eingesetzt wird, welcher wie bekannt als bis auf den Bereich des Lichteintrittes verspiegelter Glaskolben oder Glasrohr ausgeführt und thermisch mit Hilfe von Isoliermaterial oder Vakuum isoliert ist, sodaß die eintretende Strahlung nahezu vollständig absorbiert wird. 30
4. 4. Solargenerator nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Konzentrieren der Sonnenstrahlung wie bekannt Paraboi-, Zylinder-, Fresnelspiegel, Sammellinsen oder Fresnellinsen (9) derart eingesetzt werden, daß der Brennpunkt oder die Brennlinie in einer Freilassung der Verspiegelung des Reaktors liegen, sodaß die Strahlung durch den transparenten Absorber eintieten kann. 35 Hiezu 1 Blatt Zeichnung -3-