Einrichtung zur Nutzbarmachung der Sonnenwärme durch direkte Umwandlung in elektrische Energie. Erfindungsgegenstand ist eine Einrich tung, die in jenen Gebieten der Erde, die starker Sonnenstrahlung ausgesetzt sind, die wirtschaftliche Umwandlung dieser Energie direkt in elektrische Energie bezweckt.
Bisher bekannte Einrichtungen zur Nutz barmachung der Sonnenwärme wiesen Kon zentrationsmittel, wie Sammellinsen, Parabol spiegel und dergleichen, auf, durch welche die auffallenden Sonnenstrahlen auf Heiz körper geworfen wurden, und zwar waren als Heizkörper wassergefüllte Rohre vor gesehen.
An Stelle dieser wassergefüllten Rohre werden nun als Heizkörper Thermosäulen verwendet, in welchen die Wärme direkt in elektrische Energie übergeführt wird.
Dieser Einrichtung gegenüber hatte die bisherige Art der Ausnützung der Sonnen wärme durch die Erzeugung von Dampf in Röhren und dessen Verwertung in Dampf maschinen die Nachteile, dass diese Anlagen viel zu ausgedehnt waren, infolgedessen einen grossen Material- und Kostenaufwand bedingten und infolge der mehrfachen Energieumwandlung nur einen äusserst ge ringen Wirkungsgrad hatten; da diese Nach teile durch die neue Einrichtung vermieden werden, dürfte diese eine viel rationellere Ausnützung der Sonnenwärme ergeben.
Eine beispielsweise Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist in beiliegender Zeichnung dargestellt.
Fig. 1 zeigt zwei Heizelemente, die zwecks gleichzeitiger Einstellung miteinander in Bewegungsverbindung stehen, und zwar das eine im Schnitt, das andere in Ansicht; Fig. 2 ist ein um 90 zu Fig. 1 ver setzter Teilschnitt durch ein Heizelement; Fig. 3 und 4 zeigen im Aufriss und Grund riss die Aufstellung der Heizelemente zu einer Anlage.
Fig. 5 und 6 zeigen in Quer- und Längs schnitt die Einrichtung einer Thermosäule zur Verwandlung der strahlenden Wärme energie in elektrische Energie; Fig. 7 zeigt einen Teil einer Thermosäule in Ansicht.
Die Verbindung von Glas und Isolierkör. per mit der eingebauten Thermosäule als Ganzes sei in der folgenden Beschreibung als "Heizelement" bezeichnet.
Es sind 1 die stabförmigen Linsengläser, 2 die Thermosäule; 3 ist ein Isolierkörper, der das Glas 1 trägt und einen nach der Thermosäule 2 hin verengerten Raum ein schliesst. Dieser Raum mündet in einen zy lindrischen Hohlraum 3a, in welchem die Thermosäule konzentrisch angeordnet ist. Der Isolierkörper samt Glas ist um die Achse der Thermosäule drehbar, und zwar um den Betrag der beiden Winkel (a). Zur Drehung des Isolierkörpers dient hier ein Schnecken antrieb. Die Isolierkörper sind auf Stützen 8 gelagert, die ihrerseits auf Trägern 9 mon tiert sind.
Die Thermosäule 2 besteht aus einer Serie von Blechscheiben 10, die aus ver schiedenen Metallen, hier beispielsweise Kon- stantan und Kupfer, bestehen, mit dazwi schen gelegten Glimmerblättchen 10a zur Isolierung. Diese Scheiben sind auf einer isolierten Achse 11 aufgesteckt und mit Mut- tern 12 an den Enden fest zusammen gespannt, so dass sie wie ein massiver Stab zusammengehalten sind. An der Stelle 14 dieses Stabes, und zwar in seiner ganzen Länge, ist je eine Konstantanscheibe mit einer Kupferscheibe zusammengeschweisst, ebenso an der Stelle 15, hier aber so, dass die Kupferscheibe mit der nachfolgenden Konstantanscheibe verbunden ist.
In dieser Weise kann der elektrische Strom den gan zen Stab in einer Zickzacklinie durchfliessen und an den Klemmen 16 abgeleitet werden. Die Schweissstellen 15 sind sodann durch ein Rohr 17 so verbunden, dass durch dieses Kühlwasser durchgeleitet werden kann, wäh rend die durch die Linse aufgefangenen Strahlen die Schweissstellen 14 treffen. Die vom Kühlwasser bestrichenen Teile sind zur Vermeidung von Nebenschlüssen mit einer isolierenden Emailschicht überzogen. An der Stelle 14 ist ausserdem noch ein prismen- förmiger Glasstab 18 aufgesetzt. Diese ganze Einrichtung ist in ein Glasrohr 19 verlegt, das an den Enden abgeschlossen ist und durch Anschluss des Rohrstutzens 22 mit einer Vakuumpumpe evakuiert werden kann.
Das Glasrohr ist aussen mit einem Spiegelebelag versehen, beispielsweise durch Auflegen einer Metallfolie, der nur die Stelle 20, wo die Strahlen eintreten, freilässt. Das Ganze ist durch eine Wärmeisolation 21 noch weiter gegen Wärmeverlust geschützt.
Die Wirkungsweise eines solchen Heiz- elementes ist folgende: Die parallel auf das Linsenglas auffal lenden Sonnenstrahlen werden durch dieses in ihrer Richtung abgelenkt und treffen konzentriert in einer Brennlinie gleichmässig auf die Schweissstellen 14 auf der ganzen Länge der Thermosäule auf, während das Kühlwasser, das im Rohr 16 fliesst, die Schweissstelle 15 abkühlt. Es entsteht nun eine elektromotorische Kraft und beim Schliessen der Klemmen am Ende der Säule ein elektrischer Strom. Damit bei veränder lichem Stand der Sonne die auffallenden Strahlen stets die gleiche Wirkung haben, wird der Isolierkörper als Träger des Lin senstabes entsprechend gedreht.
Da die pro Flächeneinheit wirkenden Strahlen eine maximale Wärmeenergie nicht überschreiten, so kann die in Elektrizität umgesetzte Wärme ein Maximum erreichen, dadurch, dass man die Wärmeverluste auf ein Minimum reduziert. Dies geschieht durch den Einbau der Thermosäule in einen eva kuierten Raum durch den Spiegelbelag auf dem Rohr 19 und durch den Glasstab 18, der wie ein optischer Verschluss wirkt, end lich durch das Einhüllen des Rohres 19 in eine Isoliermasse.
Nach Fig. 3 und 4 sind die Heizelemente auf Trägern 23 und 24 verlegt, und zwar so, dass die durch das Heizelement verlegte Vertikalebene in Richtung Nord-Süd liegt. Die Heizelemente sind in dieser Ebene gegen den Horizont um den Winkel (ss) geneigt, der dem geographischen Breitegrad des Auf stellungsortes angepasst ist. So können be liebig viele Heizelemente zu einer Anlage vereinigt und die Schaltung der Therrno- elemente so gehalten werden, dass der ab gehende elektrische Strom in Spannung und Leistung dem gewünschten Zwecke angepasst
Facility for harnessing solar heat by converting it directly into electrical energy. The subject of the invention is a device which aims in those areas of the earth that are exposed to strong solar radiation, the economic conversion of this energy directly into electrical energy.
Previously known devices for utilizing the solar heat barmachung had Kon centration means, such as converging lenses, parabolic mirrors and the like, through which the incident sun rays were thrown onto the radiator, namely water-filled pipes were seen as radiators before.
Instead of these water-filled pipes, thermopiles are now used as radiators, in which the heat is converted directly into electrical energy.
Compared to this facility, the previous way of utilizing the heat of the sun by generating steam in pipes and utilizing it in steam engines had the disadvantages that these systems were much too extensive, as a result of which they required a great deal of material and cost, and only because of the multiple energy conversion had an extremely low level of efficiency; since these disadvantages are avoided by the new facility, this should result in a much more rational use of solar heat.
An example embodiment of the subject matter of the invention is shown in the accompanying drawing.
Fig. 1 shows two heating elements which are in movement connection with one another for the purpose of simultaneous adjustment, one in section, the other in view; FIG. 2 is a partial section, offset by 90 to FIG. 1, through a heating element; Fig. 3 and 4 show in elevation and plan the layout of the heating elements to a system.
5 and 6 show in cross-section and longitudinal section the device of a thermopile for converting the radiant heat energy into electrical energy; Fig. 7 shows part of a thermopile in elevation.
The connection between glass and insulating body. with the built-in thermopile as a whole is referred to as "heating element" in the following description.
There are 1 the rod-shaped lens glasses, 2 the thermopile; 3 is an insulating body which carries the glass 1 and encloses a space narrowed towards the thermopile 2. This space opens into a zy-cylindrical cavity 3a in which the thermopile is arranged concentrically. The insulating body including the glass can be rotated around the axis of the thermopile by the amount of the two angles (a). A worm drive is used here to rotate the insulating body. The insulating bodies are mounted on supports 8, which in turn are mounted on supports 9 on it.
The thermopile 2 consists of a series of sheet metal disks 10, which are made of various metals, here for example constantane and copper, with mica flakes 10a placed in between for insulation. These disks are placed on an insulated axle 11 and clamped tightly together with nuts 12 at the ends so that they are held together like a solid rod. At the point 14 of this rod, in its entire length, a constantan disk is welded together with a copper disk, also at point 15, but here in such a way that the copper disk is connected to the following constantan disk.
In this way, the electrical current can flow through the entire rod in a zigzag line and be diverted at the terminals 16. The welding points 15 are then connected by a pipe 17 so that cooling water can be passed through this while the rays captured by the lens hit the welding points 14. The parts coated with the cooling water are covered with an insulating layer of enamel to avoid shunts. In addition, a prism-shaped glass rod 18 is placed at the point 14. This entire device is laid in a glass tube 19, which is closed at the ends and can be evacuated by connecting the pipe socket 22 with a vacuum pump.
The outside of the glass tube is provided with a mirror coating, for example by placing a metal foil on it, which leaves only the point 20 where the rays enter. The whole is further protected against heat loss by thermal insulation 21.
The mode of action of such a heating element is as follows: The rays of the sun falling parallel to the lens glass are deflected in their direction by this and hit the welding points 14 evenly along the entire length of the thermopile, concentrated in a focal line, while the cooling water, which in the Pipe 16 flows, the welding point 15 cools down. An electromotive force is now generated and an electric current is generated when the clamps at the end of the column are closed. So that the incident rays always have the same effect when the sun changes, the insulating body is rotated accordingly as the carrier of the Lin senstabes.
Since the rays acting per unit area do not exceed a maximum thermal energy, the heat converted into electricity can reach a maximum by reducing the heat losses to a minimum. This is done by installing the thermopile in an evacuated room through the mirror coating on the tube 19 and through the glass rod 18, which acts like an optical closure, by wrapping the tube 19 in an insulating compound.
According to FIGS. 3 and 4, the heating elements are laid on supports 23 and 24 in such a way that the vertical plane laid by the heating element lies in the north-south direction. In this plane, the heating elements are inclined towards the horizon by the angle (ss) that is adapted to the geographical latitude of the location. Any number of heating elements can be combined into one system and the circuit of the thermo elements can be kept in such a way that the outgoing electrical current is adapted to the desired purpose in terms of voltage and power