DE2527419A1

DE2527419A1 - Vorrichtung zum beheizen eines kessels mit sonnenstrahlen

Info

Publication number: DE2527419A1
Application number: DE19752527419
Authority: DE
Inventors: Takeshi Kume
Original assignee: TSUMURA SEIJIRO
Current assignee: TSUMURA SEIJIRO
Priority date: 1974-06-21
Filing date: 1975-06-20
Publication date: 1976-01-08
Also published as: AU8206075A; FR2275740A1; CA1024408A; US4034737A; SE7506995L; GB1513402A; FR2275740B1

Description

DIPL-ING. H. FINK PATENTANWALT · D 7300 ESSUNGEN BEI STUTTGART - HINDENBURGSTRASSE

252741S

Patentanwalt FINK-D 730O Eiilinflen lN«diar), Hlndenbufgstrce»*«

19. Juni 1975 Z P 6280

Seijiro Tsumura, 875, Takagi, Besshocho, Miki, Hyogo, Japan Takeshi Kume, 462, Kariwake, Tsukaguchi, Amagasaki, Hyogo, Japan

"Vorrichtung zum Beheizen eines Kessels mit Sonnenstrahlen"

Beanspruchte Prioritäten der japanischen Patentanmeldungen 49-71 574 und 49- 71 575 jeweils vom 21. Juni 1974.

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Beheizen eines Kessels mit Sonnenstrahlen, mit einem Sonnenheizkessel und mit einem Reflektor zur Ausnutzung der Wärmeenergie der Sonne.

Der Gesamtbetrag der auf die gesamte Erdoberfläche eingestrahlten Sonnenenergie ist beträchtlich, jedoch ist die auf die Flächeneinheit eingestrahlte Energie verhältnismäßig klein und sie ergibt sich durch folgende Gleichung, wobei die Drehung der Erde und die sphärische Gestalt der Erdoberfläche in Betracht

gezogen werden: Sonnenkonstante 2 Cal/cm .min χ 1/4 (Wirkungsgrad des Strahleneinfalls) χ 2/3 (das verbleibende Drittel ist eine Reflektion von der Sonnenoberfläche) χ 2/3 (das verbleibende Drittel wird in der Atmosphäre absorbiert). Der so errechnete

Energiebetrag ergibt etwa 133,3 Kcal/m .h.

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Demzufolge ist für die Ausnutzung der von der Sonne als Wärmequelle ausgestrahlten Heizenergie notwendig, die Sonnenstrahlen zur Vergrößerung der Energiedichte zu bündeln oder zu konzentrieren.

Beim Ausrechnen der auf den Sonnenheizkessel einfallenden Sonnenenergie ist nicht erforderlich, den vorstehend aufgeführten Einfallswirkungsgrad (1/4) und den Wirkungsgradverlust durch die Reflektion von der Erde (2/3) in Betracht zu ziehen, unter der Voraussetzung, daß die Durchschnittsenergie je Flächeneinheit, die auf die gesamte Oberfläche der Erde gestrahlt wird, immer unter rechtem Winkel zur Reflektoroberfläche aufgenommen wird. Dadurch ergibt sich die je Einheit aufge-

nommene eingefallene Energie des Reflektors zu 799 Kcal/m .h

(2 CaI/cm .min χ 2/3). Ein konkaver Spiegel ist ein wirksames Konzentrationsmittel, jedoch ist ein großflächiger Hohlspiegel schwierig herzustellen und sehr teuer.

Zur Überwindung dieser Schwierigkeit kann ein Verfahren in Betracht gezogen werden, bei dem kleine flache Spiegel auf eine große konkave Fläche zur Verdichtung der auf die Spiegel aufgefallenen Sonnenstrahlen benutzt werden. Jedoch ist dieses Verfahren als Energiekonzentrationsmittel nicht wirkungsvoll.

Es kann auch die Benutzung von konkavsphärischen oder von gebogenen Spiegeln anstelle von schmalen flachen Spiegeln in Betracht gezogen werden, um die Sonnenstrahlen zur Vergrößerung der Energiedichte in ihrem Brennpunkt zu konzentrieren. Dieses Verfahren ist auch nicht brauchbar, weil im allgemeinen ein Konkavspiegel unabhängig davon, ob er sphärisch oder parabolisch ist, die Eigenschaft hat, die einfallenden Strahlen zu streuen, die unter einem Winkel zur optischen Achse projiziert werden.

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Zum besseren Verständnis der zerstreuten Brennweite wird auf Fig. 1 Bezug genommen, in welcher ein einfallender Strahl, der unter einem Winkel zu einer optischen Achse, welche die Mitte der Kurve A und den Brennpunkt B eines gebogenen Spiegels miteinander verbindet, von der Oberfläche des gebogenen Spiegels reflektiert wird und nicht auf einem Punkt der optischen Achse fokussiert, sondern zu Punkten außerhalb ihrer Länge gestreut wird.

Selbst wenn eine Wärmeaufnahmefläche eines Sonnenkessels am Brennpunkt eines solchen Spiegels angeordnet ist, so erreichen doch die zur optischen Achse nicht parallelen Sonnenstrahlen die Fläche des Kessels vor oder nach ihrem Fokussieren, wodurch es schwierig ist, die Sonnenenergie zu konzentrieren.

Wie sich aus der Formel Cal/cm.sec.C° der Wärmeleitfähigkeit in einem erwärmten Metallkörper ergibt, ist der Wirkungsgrad der Wärmeübertragung um so größer, je größer die Temperaturdifferenz zwischen seinen beiden einander gegenüberliegenden Flächen ist. Je mehr demzufolge die Sonnenenergie konzentriert wird und je höher die Temperatur der an der Heizfläche auftreffenden Sonnenstrahlen ist, desto besser ist der Wirkungsgrad des Sonnenkessels und die zerstreuten Strahlen verringern die Wirkung des Sonnenkessels.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend aufgeführten Nachteile zu vermeiden und eine wirtschaftlich arbeitende Vorrichtung zum Beheizen eines Kessels mit Sonnenstrahlen zu schaffen.

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Diese Aufgabe wird durch eine Sonnenheizeinrichtung entsprechend der Erfindung gelöst, die einen Bodenteil mit einem Schwenkkörper aufweist, der auf einem Grundrahmen zum Schwenken um eine waagrechte Achse angeordnet ist, sowie einen Reflektortragrahmen, der auf einem oberen Teil des Schwenkkörpers angeordnet und um eine zur vorgenannten Achse senkrechte Achse schwenkbar ist, sowie ferner Schwenkeinrichtungen für den Schwenkkörper bzw. den Reflektortragrahmen. Eine große Anzahl von gebogenen Spiegeln ist auf dem Reflektortragrahmen in konkaver sphärischer Anordnung des Reflektorkörpers angeordnet. Ein als Wasserstrahlmantelkessel ausgebildeter Kessel ist vorgesehen, dessen wärmeaufnehmender Teil im Brennpunkt des Reflektorkörpers angeordnet ist. Die optische Achse des Reflektorkörpers ist zur Sonne gerichtet und folgt dieser, wodurch von der Sonne abgestrahlte Wärmeenergie für das Kesselwasser nutzbar gemacht wird.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand der beigefügten Zeichnung im einzelnen beschrieben. In dieser zeigen

Fig. 1 eine Seitenansicht eines gebogenen oder gewölbten Spiegels mit schematisch fokussierten Sonnenstrahlen, die in einem Winkel zur optischen Achse des gebogenen Spiegels darauf projiziert sind,

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht des gebogenen Spiegels mit einem Abriß des fokussierten Abbildes dieses gebogenen Spiegels,

Fig. 3 einen Schnitt nach Linie III-III in Fig. 2 mit einem Abriß eines fokussierten Abbildes von davon parallel zur optischen Achse des gebogenen Spiegels projizierten Sonnenstrahlen,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht der Teile eines spiegeltragenden Rahmens, der eine Spiegelplatte zu einem gebogenen Spiegel umformt,

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Fig. 5 und 6 schematische Ansichten der Brennpunktabweichung von auf einen gebogenen Spiegel gerichteten Sonnenstrahlen,
Fig. 7 eine Teilseitenansicht eines Sonnenkessels mit konzentrierten Strahlen,

Fig. 8 eine Teildraufsicht auf eine Anordnung gebogener Spiegel, Fig. 9 eine schematische Seitenansicht eines Sonnenheizkessels, Fig. 10 einen senkrechten Schnitt durch eine Kesseleinheit,
Fig. 11 ein Explosionsschaubild der Bauform nach Fig. 4 von vorne,

Fig. 12 eine vergrößerte Ansicht einer Düse für das Aufbringen von Wasser und zum Bilden eines Wassermantels,

Fig. 13 einen lotrechten Teilschnitt einer anders gearteten Kesseleinheit ähnlich der nach Fig. 10.

Gemäß der Zeichnung, insbesondere Fig. 2, ist ein gebogener Spiegel 1 als ein Element für einen Reflektor vorgesehen. Der Spiegel hat in Draufsicht die Form eines Ringsektors und einen konkaven kreisförmigen Teil im Längsschnitt. Der gebogene Spiegel ist an einem Spiegelrahmen 2 angebracht, der Stützbeine 3 hat.

Zur Vereinfachung des Haltens des gebogenen Spiegels wird eine in den Fig. 4 und 11 dargestellte Anordnung benutzt. Eine Spiegelstützeinrichtung oder ein Spiegelrahmen hat einen oberen Teil 7, der einen nach innen gerichteten Flansch an der Oberseite und einen unteren Teil 6 hat, der mit einem lotrechten Flansch 5 versehen ist. Der untere Teil 6 ist in den oberen Teil 7 eingesetzt, wobei dessen Flansch an der Oberseite des Flansches 5 ansteht und ist in lotrechter Ebene sehr sanft oder sehr leicht nach Art eines Kreiszylinders gewölbt, wie in Fig. 11 dargestellt ist, während die Anordnung

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selbst in Draufsicht die Gestalt eines in Fig. 4 dargestellten Ringsektors hat. Eine nachgiebige Spiegelplatte 4, die in Draufsicht dem Spiegel 1 entspricht und die durch Verdampfung auf ihrer Oberseite mit Zinn beschichtet ist und die in ihrer Gestalt im wesentlichen dem Innern des oberen Teils entspricht, ist auf der Oberseite des Flansches 5 angeordnet und mit dem oberen Teil 7 unter Druck abgedeckt, so daß der Flansch die Spiegelplatte 4 zur Bildung eines gebogenen Spiegels auf den Flansch 5 nach unten drückt, wonach die oberen und unteren Teile mit Schrauben 8 miteinander verbunden werden. Zu diesem Zweck wird eine Spiegelplatte 4 benutzt, die notwendxgerweise etwas länger als die Innenabmessungen des oberen Teiles 7 sind.

Da die Spiegelplatte nachgiebig ist und unabhängig von dem Stützrahmen hergestellt werden kann, kann die aufgedampfte Zinnschicht auf der Plattenoberseite durch Vakuumdampfbeschichtung in Massen hergestellt werden. Eine solche Zinnschicht benutzt vorzugsweise Bronze mit einem Gehalt von 40 % Zinn, anstelle von Zinn allein.

Eine parabolische Kurve ist wegen der Abbildung im Brennpunkt am vorteilhaftesten für eine Gestaltung der Kurve des gebogenen Reflektors.

Es ist jedoch ziemlich schwierig, die Spiegelgestalt nach einer parabolischen Kurve auszubilden.

Zum Beispiel, wenn der Spiegel durch Benutzung eines Presswerkzeuges geformt werden soll, ist es notwendig, Maßabweichungen zwischen den Kurven der Originalherstellungsform und denen des gepreßten Spiegels zu kompensieren, die durch das Zurückspringen verursacht werden. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein einfacher Kreissektor benutzt werden.

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Um nun die Abweichung von der Kurve am Ende der gebogenen Seite zu berechnen, werden die Dimensionen des Kurvenradius mit Ä» = 2,3m und die Breite mit ß = 0,3m angegeben, wie in den Fig. 5 und 6 dargestellt ist. Ein Winkel θ zwischen der optischen Achse und einer Linie, welche das äußere Ende und die Mitte der Kurve verbindet, wird mit & = 3°43' aus der Gleichung

ß /2 0 15

sin θ = - = = 0,0652 berechnet, wie sich aus

Fig. 5 ergibt. Da θ sehr klein ist, kann X durch Lösung der Gleichung „_ λ ^- eC/2 _ et*

COS tf - -^- - -^

gemäß Fig. 6 berechnet werden, dann ergibt sich

Ein auf der optischen Achse des gebogenen Reflektors einfallender Sonnenstrahl reflektiert unter einem Winkel θ = Null, so daß in diesem Fall X = cC/2 ist.

Nahe der optischen Achse einfallende Sonnenstrahlen, welche durch die Abweichung der gebogenen Fläche weniger beeinflußt sind, treffen sich im Brennpunkt bei X = 1,150m, das ist die halbe Länge des Bogenradius. Andererseits fokussieren die einfallenden und nahe den äußeren Enden reflektierten Sonnenstrahlen ihre Abbilder bei X = 1,152 m entsprechend der Abweichung von der gebogenen Fläche.

Die Abweichung y beträgt bis 2 mm längs der optischen Achse und die Breite der Amplitude ζ des nicht fokussierten Abbildes ist

Z = y tan 2 θ = 2 tan 7°26' = 0,26

mm.

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Verglichen mit der Fokusiermöglichkeit eines Teleskops, bei welchem das Auflösungsvermögen des Abbildes wesentlich ist, bleibt beim Sonnenkesselreflektor, der hauptsächlich für die Konzentration der Sonnenenergie gebaut ist, durch eine solche kleine Abweichung unbeeinflußt.

Demzufolge muß die Kurve der Spiegeloberfläche nicht notwendigerweise parabolisch ausgeführt werden, und es genügt nur ein Teil eines einfachen Kreisumfanges.

Da der gebogene, mit der vorliegenden Erfindung beschriebene Spiegel ein Teil der in Fig. 2 dargestellten zylindrischen Fläche ist, liegen die Mitten der Kurven längs einer Linie a'b¹ und ihre Brennpunkte liegen in Linie c d. Die optischen Achsen bilden eine Ebene abdc, wobei jede der Längen a'b¹ und c d der Breite a b des gebogenen Spiegels entspricht.

Demzufolge fokussieren parallel zur Ebene abcd der optischen Achse einfallende Sonnenstrahlen SS entsprechend Fig. 3 auf einer Linie ef einer Verlängerung der Linie cd, selbst wenn die Strahlen unter einem gewissen Winkel zur Linie ab einfallen.

Bei der praktischen Anwendung des Prinzips sind entsprechend Fig. 7 und 8 schmale gebogene Spiegel 1 in einem Spiegelrahmen gemäß Fig. 4 und 11 so angeordnet, daß die Sektorflächen auf Kreislinien konzentrisch zur optischen Achse der konkaven sphärischen Fläche der Reflektoreinheit liegen und die Ebenen ihrer optischen Achsen sind zur optischen Achse oder im allgemeinen zu einem Stützständer 9 der großen konkaven sphärischen Fläche gerichtet oder ausgerichtet Zugleich sind die kleinen gebogenen Spiegel so unter bestimmten Winkeln auf der sphärischen Oberfläche an ihren jeweiligen Plätzen angeordnet, daß die parallel zur optischen Achse der großen konkaven sphärischen Fläche einfallenden Sonnenstrahlen SS nach der Reflektion von den kleinen gebogenen Spiegeln auf der gleichen konischen Fläche fokussiert und überlappt oder konzentriert werden.

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Auf diese Weise werden radiale Brennpunktsabbildungen auf einer verhältnismäßig kleinen Fläche, z. B. einer Kesselheizfläche 10, zur Vergrößerung der Energiedichte erreicht.

Der Wirkungsgrad dieser Konzentrationseinrichtung ist etwas geringer als eine Brennpunktskonzentration einer kleinen konvexen Linse. Jedoch kann von der Konzentrationseinrichtung in der vorbeschriebenen großen sphärischen Oberfläche eine außerordentlich große Ladeenergiedichte erreicht werden. Selbst mit praktischen Abmessungen von 0,1 m in der Breite der schmalen gebogenen Spiegelflächen und von 5 m im Außendurchmesser der konkaven sphärischen

2 Fläche kann eine Belastung von etwa 20 0OO Kcal/m .h an der am Brennpunktsteil vorgesehenen Heizfläche erreicht werden.

Da die auf diese Weise erhaltene Energie als Wärmequelle für den Kessel benutzt wird, bildet die Konzentrationseinrichtung in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung einen besonders einfachen Sonnenkessel, der kostensparend hergestellt werden kann und eine lange Lebensdauer hat.

Um die Sonnenwärme äußerst wirksam auszunutzen, welche durch Verdichten von Sonnenstrahlen durch eine solche Art eines Reflektors erreicht werden kann, ist es notwendig, einen wirksamen Wärmeaustauscher auszubilden und weiterhin die Lage der optischen Achse des Reflektorkörpers so zu ändern, daß er zur Sonne gerichtet ist und dieser folgt.

Entsprechend einer Bauform der vorliegenden Erfindung hat die Sonnenheizkörpereinheit gemäß den Figuren 9 und 10 einen Grundrahmen 11 mit einem auf dem Grundrahmen angeordneten Lagerbett 12, wobei der untere Teil eines Schwenkkörpers 13 auf einer auf dem Lagerbett 12 angeordneten Stützwelle 13 frei schwenkbar ist.

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Mit 15 wird ein Reflektortragrahmen bezeichnet, der auf einem oberen Teil des Schwenkkörpers 13 frei schwenkbar ist, und eine Stützwelle 16 ist senkrecht zu der Stützwelle 14 des Schwenkkörpers angeordnet, so daß der Reflektortragrahmen 15 senkrecht zu dem Schwenkkörper 13 schwenkbar ist.

Mit 17 ist eine Schwenkeinrichtung des Schwenkkörpers 13 bezeichnet, die auf dem Lagerbett 12 angeordnet ist, und mit 18 eine Schwenkeinrichtung für den Reflektortragrahmen 15, die auf dem Schwenkkkörper 13 angebracht ist. Beide Schwenkeinrichtungen sind durch Motoren 19 jeweils für sich antreibbar. Auf diese Weise sind unabhängige Schwenkbewegungen des Schwenkkörpers 13 und des Reflektortragrahmens 15 mittels Ketten 21 möglich, welche an beiden Enden symmetrisch am Schwenkkörper 13 und am Reflektortragrahmen 15 angebracht sind und welche über verschiedene Kettenräder geführt sind.

Mit 22 ist ein Reflektorkörper bezeichnet, der eine große Anzahl von gebogenen Spiegeln 1 aufweist, die auf dem Reflektortragrahmen 15 in konkaver sphärischer Form angeordnet sind. Die gebogenen Spiegel sind so angeordnet, daß die Ebenen ihrer optischen Achsen alle zur optischen Achse des Reflektorkörpers 22 ausgerichtet sind, wodurch parallel zur optischen Achse des Reflektorkörpers 22 einfallende Sonnenstrahlen von jedem gebogenen Spiegel 1 reflektiert, auf einem linearen Abbild f fokussiert und auf der gleichen konischen Fläche konzentriert werden.

Mit 23 ist ein Kessel bezeichnet, dessen Heizfläche 10 dem Reflektorkörper 22 am Brennpunkt f gegenüberliegt. Der Kessel 23 ist nach,Art einer dünnen, diskusförmigen Scheibe ausgebildet und ist so gestaltet, daß eine Einspritzdüse 25, die mit einer Speisewasserleitung 24 verbunden ist, in der Mitte eines Heizraumes im Körper vorgesehen ist und eingespritztes Wasser im Heizraum zur Bildung eines Wasserfilmes über der Heizfläche 10 radial ver-

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teilen läßt und daß ein Sammelkanal 26 für erwärmtes Wasser auf der Innenseite rund um den Heizraum vorgesehen und mit einem Rückführrohr 27 verbunden ist.

Weiterhin ist das andere Ende der Speisewasserleitung 24 mittels einer durch einen Motor 31 antreibbaren Umwälzpumpe 28 mit einem nicht dargestellten Wasservorratsbehälter verbunden und das andere Ende des Rückführrohres 2 7 ist über einen Vorratsbehälter 29 mit der Umwälzpumpe 28 und einem Dampfrohr 30 verbunden.

Weiterhin ist mit 9 ein Stützständer zur Halterung des Kessels

23 an seinem Platz bezeichnet und mit 32 die Speisewasserzuleitung

24 und das Rückführrohr 27 umgebender Isolierstoff.

Nachstehend wird die Wirkungsweise dieses Sonnenheizkessels unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.

Wenn die optische Achse des Schwenkkörpers 13 und des Reflektorkörpers 22 mittels der Schwenkeinrichtungen 17 und 18 zur Sonne gerichtet ist, reflektieren die Sonnenstrahlen von jedem gebogenen Spiegel, der den Reflektorkörper 22 bildet, auf die Heizwand 10 des Kessels 23.

Wenn Wasser von der Speisewasserleitung 24 über eine Einspritzdüse 25 im Kessel 23 auf die Innenseite der Kesselheizfläche 10 aufgespritzt wird, bildet es eine Schicht oder einen Mantel auf der Innenseite, während es sich radial ausbreitet, wird während dieser Zeit erhitzt und fließt in den Sammelkanal 26 für das erhitzte Wasser.

Das erhitzte Wasser wird weiterhin durch das Rückführrohr 27, den Vorratsbehälter 29 und die Umwälzpumpe 28 zu dem Kessel 23 gefördert, um es auf eine bestimmte Temperatur aufzuheizen, so daß es als Dampf oder Heißwasser benutzt werden kann.

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Beim Analysieren des Wärmedurchganges durch eine Kesselheizwand, wird eine experimentelle Gleichung für den Wärmeübergang auf einen laminaren Fluß über eine flache Platte benutzt, welcher eine starke Ähnlichkeit mit der Flüssigkeitsbewegung in der Strahlwasserschicht gemäß der vorliegenden Erfindung hat. Die mittlere Wärmeübertragungsrate (o6^Cm) (Kcal/hl *h»^oC) kann durch die folgende experimentelle Gleichung berechnet werden.

cm , u ·

__i± = 0.664 (-2—) 0.5 (-2J-) 1/3 Λ «y a

Hierin bedeuten:
1 ! Länge der flachen Platte in m.

λ : Wärmeübertragungsrate der Flüssigkeit in Kcal/m»h* ⁰C

2 V : Koeffizient der kinematischen Viskosität in m /S

2 a : Wärmeübertragungsrate der Flüssigkeit in m /S u : Fließgeschwindigkeit in m/S

Unter der Annahme, daß Ι,λ , v> , und a für Kesselwasser, welches über eine Heizfläche einer bestimmten Abmessung fließt, konstant

cm

sind, wird die Wärmeübertragungsrate K proportional der Strömungsgeschwindigkeit u .

Die vorliegende Gleichung stammt aus dem Buch "A Handbook of Mechanical Engineering" veröffentlicht am 15. April 196 8 durch Nihon Kikai Gakkai, Tokyo, Kapitel 11 "Heat and Thermal Dynamics", Abschnitt 1, 9-3-b "Laminar flow heat transfer in flat plate", Gleichung (49).

Wie weiter in Fig. 12 gezeigt wird, ist die Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeitsschicht, die gebildet wird, wenn von einer Einspritzdüse eingespritztes Wasser eine flache Platte beaufschlagt, gleich ist, der Geschwindigkeit der Wassersäule, die von einer Düse (u = ν ) eingespritzt wird, indem eine Reibungswirkung zwischen diesen vernachlässigt wird.

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Ein Wasserschichtkessel, der eine solche Einrichtung hat, weist die höchste Flüssigkeitsgeschwindigkeit auf, die man sich unter den Umwälzsystemen denken kann, in welchen Kesselwasser über eine Kesselheizfläche fließt.

Wie aus den vorgenannten beiden Gründen ersehen werden kann, hat der Einspritzwasserschichtkessel eine sehr hohe Leistung und ein thermischer Wirkungsgrad von 97 % kann beim gegenwärtigen Stand der Laborversuche praktisch erreicht werden.

In einem Sonnenheizkessel sollten die Sonnenstrahlen, die von einem Reflektor reflektiert werden, notwendigerweise auf eine Fläche eines Drehkörpers verdichtet werden, der so schmal wie möglich ist, z. B. eine konische oder sphärische Oberfläche. Dies ist auf zwei Gründe zurückzuführen. Einer ist die Verringerung eines durch Wärmestrahlung verursachten Verlustes auf ein Minimum und der andere ist die Verwendung eines so leicht und so kompakt wie möglich ausgebildeten wärmeaustauschenden Abschnittes. Darüber hinaus muß die die Sonnenenergie absorbierende Fläche, da sie einer hohen Temperatur und einer hohen Wärmestrahlung ausgesetzt wird, aus einer Kesselheizfläche bestehen, die eine extrem hohe Empfindlichkeit und Wärmeaustauschleistung hat. Aus diesem Grunde ist die Einspritzwasserschicht die günstigste Einrichtung für die Benutzung bei der vorbeschriebenen Heizfläche.

Die in Fig. 10 dargestellte Heizfläche für eine Einspritzwasserschicht hat eine geringe Kapazität, benutzt nur eine einzige Düse und erfordert eine ausreichende Menge an umlaufendem Wasser und einen ausreichenden Wasserdruck, um ständig eine Wasserschicht zu bilden, selbst wenn die Kesseleinheit zusammen mit dem sphärischen Rahmen um einen Winkel von etwa 120 schwenkt, damit die Wasserschicht über die gebogene Fläche der Wand 10 des Sonnenheizkessels 2 3 gemäß Fig. 10 fließt. Aus diesem Grunde ist eine ziemlich große Leistung für den Betrieb dieser Bauart erforderlich.

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Die in Fig. 13 dargestellte Heizfläche ist eine Abwandlung für ein größeres Kesselsystem. Wasser wird über eine Leitung 24a Düsen 25a zugeführt, die an einem halbsphärischen Teil 40 um einen Stützständer 9a herum angeordnet sind. Reflektierte Sonnenstrahlen werden auf einer konkaven sphärischen Fläche der Wand 10a konzentriert. Mit von Düsen 25a, die in Abständen über der Wand 10a angeordnet sind, eingespritztem Wasser wird die Wand 10a des sphärischen Wärmeaustauschabschnittes beaufschlagt, wodurch eine Einspritzwasserschicht gebildet wird. Eine geringe Antriebsleistung ist erforderlich und ein hoher Wärmeübertragungswirkungsgrad ist bei dieser Einrichtung erreichbar.

Um die optische Achse des Reflektorkörpers 22 in Übereinstimmung mit dem Lauf der Sonne zu halten, werden die Schwenkeinrichtungen 17 und 18 des Schwenkkörpers 13 und des Reflektortragrahmens 15 periodisch schrittweise betätigt. Die Betätigung wird durch eine Steuereinrichtung in Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Programm durchgeführt, das auf den Sonnenlauf anzeigende Zeittafeln gegründet ist, wie es sie bei modernen Radioteleskopen gibt.

Entsprechend der vorstehend dargelegten Erfindung werden die Sonnenstrahlen mittels einer großen Anzahl gebogener Spiegel reflektiert, die den Reflektorkörper bilden. Die linearen Abbilder jedes Strahles werden im wesentlichen auf gleichen Ebenen gebündelt, wobei ihre Zentren sich auf der optischen Achse des Reflektorkörpers befinden, und der Kesselkörper der Wasserschicht-Kesseleinheit ist in dieser Brennpunktlage mit seiner Heizwand dem Reflektorkörper gegenüber angeordnet, so daß ein sehr hoher Wärmeaustauschwirkungsgrad erreichbar ist. Weiterhin wird die Einstellbewegung der optischen Achse des Reflektorkörpers zur Sonne in Übereinstimmung mit der Geschwindigkeit des Sonnenlaufes durch die

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schrittweise Betätigung des auf dem Grundrahmen angebrachten Schwenkkörpers und des auf dem Schwenkkörper angebrachten Reflektortragrahmens selbsttätig durchgeführt, die so ausgelegt sind, daß sie senkrecht zueinander schwenken können, so daß die Sonnenwärme mit dem besten Wirkungsgrad für das Erhitzen des Heizkesselwassers jeweils voll ausgenützt wird. Die vorliegend= Erfindung ist eine brauchbare Maßnahme für die gute Ausnützung von Energiequellen.

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Claims

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gekennzeichnet , durch einen Grundrahmen (11), durch einen Schwenkkörper (13), der auf dem Grundrahmen zum Schwenken um eine waagerechte Achse schwenkbar angebracht ist, durch einen Reflektortragrahmen (15), der auf dem Schwenkkörper zum Schwenken um eine Achse senkrecht zur waagerechten Achse schwenkbar angebracht ist, durch Schwenkeinrichtungen (17, 18), die mit dem Schwenkkörper und dem Reflektortragrahmen zum Schwenken des Schwenkkörpers bzw. des Reflektortragrahmens gekuppelt sind, um den Reflektortragrahmen zur Sonne zu richten, durch eine Vielzahl gebogener Spiegel (1), die Seite an Seite auf dem Reflektortragrahmen in konkaver sphärischer Anordnung zur Bildung einer Reflektoreinheit (22) angebracht sind, wobei jeder gebogene Spiegel in Draufsicht die Gestalt eines Ringsektors und im Längsschnitt die Gestalt eines Teiles eines Kreises hat und wobei die Spiegel so angeordnet sind, daß ihre Sektoren kreisförmig konzentrisch zur optischen Achse der konkaven sphärischen Anordnung angeordnet sind und daß auf den Reflektor auftreffende Strahlen parallel zur optischen Achse der konkaven sphärischen Anordnung zu einem Brennpunkt auf der optischen Achse reflektieren, und durch eine Kesseleinheit (23) im Brennpunkt zur Aufnahme der reflektierten Strahlen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegel (1) so angeordnet sind, daß die optisch axialen Ebenen der Spiegel zur optischen Achse der konkaven sphärischen Anordnung (22) gerichtet sind, wodurch die einfallenden und von den Spiegeln reflektierten Strahlen auf eine konische Fläche im Bereich des Brennpunktes fokussiert sind.

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3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Kesseleinheit (23) eine Heizwand in Brennpunktslage zur Aufnahme der von der Reflektoreinheit (22) reflektierten Strahlen aufweist, daß mindestens eine Düse (25) zum Aufbringen eines Stromes zu erhitzender Flüssigkeit auf eine Fläche der Heizwand vorgesehen ist, die der der Reflektoreinheit zugewandten Seite gegenüberliegt, und daß eine Flüssigkeitssammeleinrichtung (26) mnd um den Umfang der Heizwand zur Aufnahme der Flüssigkeit vorgesehen ist, die von der Düse auf die Heizwand aufgebracht wird.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizwand (10) im wesentlichen konisch ausgebildet ist und mit ihrer äußeren konischen Fläche der Reflektoreinheit (22) zugekehrt ist und daß die Düse (25) auf eine innere Erhöhung im Bereich der Spitze der konischen Heizwand gerichtet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet , daß die Heizwand im wesentlichen halbsphärisch ausgebildet und mit ihrer konkaven Seite der Reflektoreinheit (22) zugekehrt ist und daß eine Anzahl von Düsen (25a) auf verschiedene Punkte auf der konkaven Seite dieser Wand gerichtet sind.

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