DE2543687A1

DE2543687A1 - Sonnenenergiekollektoren und mit diesen betriebene vorrichtungen

Info

Publication number: DE2543687A1
Application number: DE19752543687
Authority: DE
Inventors: Nikolaus Laing
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1974-10-09
Filing date: 1975-09-30
Publication date: 1976-04-22
Also published as: JPS5164644A; JPS587147B2; FR2300301A1; FR2308884B1; FR2308884A1; GB1530992A; FR2308597A1; DE2543687C2; US4172766A; FR2300301B1; IT1048451B

Description

DrW DPC3E Nikolaus, Ingeborg und Oliver Laing

^Alü DK 7131/1a

Ä A_ldin_gen »ei Statut;

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Sonnenenergiekollektoren und mit diesen betriebene Vorrichtungen.

Die Erfindung betrifft auf dem Wasser schwimmende Sonnenenergiekollektoren, ferner Kraftwerke und Destillationsanlagen, die mit der von den Sonnenkollektoren aufgenommenen Energie betrieben werden. Die Erfindung betrifft weiter die Ausnutzung der beim Betrieb der Kraftwerke und der Destillationsanlagen anfallenden Abwärme.

Es sind Vorrichtungen bekannt, in denen die Sonnenstrahlen mit Reflektoren fokussiert werden, die der Sonne nachgeführt werden. Es ist weiter bekannt, Kollektoren als geschwärzte Folienkissen auszubilden, die über Warmwasserbehälter gespannt sind und auf der Wasseroberfläche schwimmen. Schließlich ist bekannt, die Sonnenenergie mit parabolischen Spiegeln aufzunehmen, in deren Brennachsen Leitungen angeordnet sind, welche einen flüssigen Wärmeträger führen. Die bekannten Einrichtungen bestehen, soweit sie einen durchlaufenden Wärmeträger erhitzen, aus starren mechanischen Konstruktionen. Diese können aus Festigkeitsgründen nur eine beschränkte räumliche Ausdehnung haben.

Infolge der geringen Energiestromdichte der Sonnenstrahlung können mit solchen räumlich begrenzten Vorrichtungen verhältnismässig kleine Leistungen wirtschaftlich umgewandelt werden.

Die Umwandlung der gewonnenen thermischen Energie in Elektrizität oder aber auch ihre Ausnutzung zur Seewasserentsalzung ist ökonomisch nur zu verwirklichen, wenn Leistungen zur Verfügung gestellt werden können wie mit gewöhnlichen Kraftwerken. Dies bedingt Abmessungen von Sonnenkollektoren bis zu Grossen von Quadratkilometern.

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Die Erfindung bezweckt deshalb Sonnenkollektoren, die auf Wasser oder Luft schwimmend ausgebildet sind und aus elastischen Elementen bestehen, welche betriebsmäßig keine Biegespannungen aufnehmen. Solche Elemente müssen unter dauernder Vorspannung stehen. Dies erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß der Kollektor 10, 27, 39 von einem Fluidpolster 70, 313 getragen wird, in welchem ein Überdruck gegenüber dem Druck außerhalb der Peripherie des Kollektors 303 + 85 aufrecht erhalten wird.

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Wasserflächen bieten günstige Voraussetzungen für eben zu verlegende Kollektoren. Die Kollektoren nach der Erfindung bestehen aus mehreren flexiblen Schichten/ von denen die unterste eine isolierende Schicht, die darüberliegende eine den Wärmeträger leitende Schicht und die oberste eine die Konvektionsverluste verhindernde Schicht ist. Diese Schichten können in großflächigen Elementen vorfabriziert werden. Sie werden in einer Vielzahl von gleichen Elementen zu der gesamten schwimmenden Plattform zusammengefügt, die ihrerseits von noch zu beschreibenden Randelementen umgeben ist, deren Ausbildung eine radiale Vorspannung der Sonnenkollektorelemente ermöglicht. Eine vorteilhafte Ausführungsform der konvektionsverhindernden Schicht besitzt vertikale Wände, die in einem solchen Abstand voreinander angeordnet sind, daß die thermische Konvektion innerhalb dieser Schicht unterbunden ist. Es ist ein weiteres Merkmal der Erfindung, daß die auf dem Wasser schwimmende Sonnenkollektorplattform mit Einrichtungen versehen ist, die sie auf dem Wasser drehen und verschieben können, um damit die parallel und vertikal verlaufenden Wände der die Konvektion verhindernden Schicht dem Sonnenstand nachzuführen. Im Gegensatz zu den bekannten Reflektoren folgen die erfindungsgemäßen Kollektoren nur dem Azimut der Sonne-, nicht aber der Höhenänderung.

Die die Isolation nach unten hin bewirkende Schicht besteht beispielsweise aus Luftkammern, die durch ein Raster aus parallel zueinander verlaufenden Folienschläuchen gebildet werden können. Bei einer weiteren Ausführungsform besteht diese Isolierschicht aus einem Luftkissen, wobei dafür zu sorgen ist, daß eine der darüberliegenden Schichten luftdicht ist. In dem letztgenannten Fall muß ein um die gesamte Plattform geführter Rand das Luftkissen gegenüber der Außenwelt abdichten. Diese Ausführungsform ist dann auch über Festland verwendbar. Auch diese Ausführungsform ist um die Hochachse drehbar, wenn eine mit Wasser gefüllte Rinne angeordnet ist, in welche dieser Rand eintaucht.

Ein bevorzugtes Anwendungsgebiet ist die Erzeugung von Elektrizität. Hierzu wird ein fließbarer Wärmeträger durch Kanäle der den Wärmeträger leitenden Schicht gepumpt. Mit der so gewonnenen Wärme wird ein Wasservorrat z. B. in einem im Wasser liegenden

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Folienbehälter aufgewärmt. Die Wärme dient zur Versorgung einer Turbine. Zur Abführung der Kondensationsenergie wird kaltes Tiefenwasser in einen Kondensator gefördert und unter Aufnahme der Kondensationsenergie dort erwärmt. Wird Seewasser zur Verdampfung gebracht/ so kann erfindungsgemäß das Kondensat als Süßwasser gewonnen werden. Es kann erfindungsgemäß jedoch die Anlage auch so ausgebildet sein, daß sie ausschließlich zur Destillation von Seewasser eingesetzt wird. In diesem Falle wird die Kondensationswärme zur erneuten Destillation in weiteren Stufen herangezogen. Das zur Kondensation verwendete, aufgewärmte Tiefenwasser kann erfindungsgemäß weiter für einen biologischen Prozess zur Erzeugung von Eiweiß ausgenutzt werden. Hierzu wird das Tiefenwasser, welches biologische Abbauprodukte in verhältnismäßig hoher Konzentration enthält, nach Erwärmung durch die Kondensationsenergie in Zuchtbecken geleitet, die dem Sonnenlicht ausgesetzt sind. Hier erfolgt die Umsetzung des Mineralgehaltes in Algen. Diese wiederum können zur Fütterung von Muscheln und anderen Tieren zur Erzeugung von tierischem Eiweiß Verwendung finden.

Es ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, daß die für eine als schwimmende Plattform verwendeten Elemente alle für die Umsetzung der Sonnenenergie erforderlichen Funktionen ausüben können und gleichzeitig zu völlig frei schwimmenden Vorrichtungen zusammengesetzt werden können, welche eine beliebige translatorische und rotatorische Bewegung auf ihrer Unterlage ausführen können. Dies ist mit keinem der bisher bekannten Sonnenkollektoren möglich gewesen.

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise erläutert.

Figur 1 zeigt eine perspektivische Querschnittsans^icht eines Ausschnittes eines Sonnenkollektors nach der Erfindung.

Figur 2a und Figur 2b zeigen in einem vertikalen Längsschnitt und einem horizontalen Querschnitt einen Ausschnitt einer die Konvektion verhindernden oberen Isolationsschicht des erfindungsgemäßen Solarkollektors.

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Figur 3 zeigt eine weitere Ausfuhrungsform eines erfindungsgemässen Solarkollektors in einem Teillängsschnitt.

Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Solarkollektors nach der Erfindung in einem Teilquerschnitt.

Figur 5 zeigt die Draufsicht Solarkollektorelement, der in Figur 4 gezeigten Art.

Figur 6 zeigt in einer schematischen Draufsicht das Leistungssystem eines erfindungsgemässen Solarkollektors.

Figur 7 zeigt in einem Radialschnitt eine schwimmende Plattform mit einem Solarkollektor nach der Erfindung.

Figur 8 zeigt die in Figur 7 dargestellte schwimmende Plattform in einer perspektivischen Teilschnittansicht.

Figur 9 zeigt in einem Schaltschema eine Elektrizitäts-, Wasser- und Eiweißgewinnungsanlage nach der Erfindung.

Figur 10 zeigt in einer perspektivischen Teilschnittansicht die als Zuchtbecken für Meerespflanzen ausgebildete Randzone einer schwimmenden Plattform nach der Erfindung.

Figur 11 zeigt die schematische Ansicht einer Destillationsanlage nach der Erfindung.

Figur 12 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Destilliergehäuse für eine Destillationsanlage nach der Erfindung.

Figur 13 zeigt in einem schematischen Querschnitt eine Plattform nach der Erfindung mit auf einem Luftkissen schwimmenden Solarkollektorelementen, die auch auf dem Festland aufgebaut werden kann.

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Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Ausschnitt eines Sonnenkollektors 1 nach der Erfindung. Ein extrudiertes Profil 10 aus Kunststoff mit einer Vielzahl von beispielsweise rechteckigen Kanälen 11, dient als die den flüssigen Wärmeträger leitende Schicht des Kollektors. Die untere isolierende Schicht besteht aus größeren luftgefüllten Kanälen 12, die gleichzeitig als Schwimmer dienen. Auf der der Sonne zugewandten Oberfläche ist eine Schicht 13 aufgebracht, die strahlungsselektiv wirkt und sich der Sonnenstrahlung gegenüber schwarz verhält, während sie im Ultrarotbereich nicht emittiert. Auf der Schicht befindet sich eine transparente Schicht. 15, die in regelmäßiger Verteilung nach unten gerichtete Vorsprünge 17 aufweist sowie eine transparente ebene Abdeckung 18 hat. Durch die Vorsprünge 16 und 17 wird eine Unterteilung des wärmeisolierenden, strahlungsdurchlässigen Luftraumes in zwei Teilräume 19' und 19'' erreicht, wobei die horizontale Erstreckung dieser Kammern so klein gehalten wird, daß sich dazwischen keine thermische Konvektion einstellen kann. Die.Kanäle 11 münden, wie näher anhand der Figur 6 erläutert werden wird, in ein Leitungssystem, dessen kleinste Sammelkanäle S an beiden Enden der Schicht 10 die Zufluß- und Abflußleitungen bilden.

Die Figuren 2a und 2b zeigen eine Ausbildung der oberen, die Konvektionsverluste nach oben verringernden Schicht auf der Sonnenkollektor schicht 10, die aus vertikal und parallel zur Sonnenstrahlung verlaufenden Wandstreifen 20 und zwischen diesen mäanderförmig gefalteten Distanzhaltern 21 besteht. Der Querschnitt der Distanzhalterzellen 22 ist rechteckig, die Wandungen 23 verlaufen in einem Winkel 24, der sich aus dem durch die geographische Breite ergebenden Höchststand der Sonne ergibt. Je nach der gewünschten Leistung während der Jahreszeiten wird dieser Winkel 24 so gewählt, daß die Reflexionsverluste, die dadurch bedingt sind, daß die Sonnenstrahlen infolge der unterschiedlichen Höhe der Sonne an den Wandungen 23 reflektiert werden, möglichst klein gehalten werden, d. h., daß im Bereich der wirksamen Sonnenstrahlung nur Einfachreflexion und keine Mehrfachreflexion an diesen Wänden 23 erfolgen. Der Winkel 24 ist erfindungsgemäß optimal, wen er um den Winkel 24' , bei dem noch gerade keine Zweifachreflexion

bis

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zur Erreichung der Kollektoroberfläche eintritt, kleiner ist als der Sonnenhöchststand während der Jahreszeit, in der eine maximale Energieerzeugung gewünscht wird. Der Querschnitt der Zellen 22 richtet sich nach der Temperaturdifferenz zwischen der Kollektoroberfläche 27 und der Aussenluft sowie der Höhe der gesamten, die Konvektion verhindernden Schicht 28. Je grosser die Höhe dieser Schicht 28 gewählt wird, desto besser ist die Isolation, jedoch nur, wenn der Querschnitt der Zellen 22 klein genug gewählt wird, so dass keine thermische Konvektion in den schräg liegenden Zellen entsteht, wobei die Erstreckung parallel zur Wand 20 grosser sein sollte als der Abstand der Wände 20 voneinander. Der Sonnenkollektor hat jedoch nur dann seine maximale Strahlungsdurchlässigkeit, wenn die Kanäle der Sonne nachgeführt werden, was durch Drehen des schwimmenden oder schwebenden Sonnenkollektors verwirklicht wird. Eine Abdeckung nach oben hin verhindert das Verschmutzen der Zellen. Die Trennwände 20, 23 können verspiegelt ausgeführt werden. Diese Solarkollektorausbildung ist für Solarkollektoren jeder Art einsetzbar.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der in den Figuren 1 und 2 beschriebenen Kollektoren. Der Kollektor besteht aus einer Vielzahl paralleler Streifen, die durch Extrudieren, vorzugsweise aus Polyolefinen, hergestellt werden. Die Breite der Streifen beträgt 1 bis 4 m. Längs der Kanten sind hakenförmige Bereiche 30 angeordnet, die über Gegenstücke 31 des benachbarten Streifens 32 übergreifen. Die Kanäle 33 und 34 dienen als Schwimmkörper und Isolation sowie zur Unterbindung des infraroten Strahlungsstromes nach unten. An den beiden axialen Enden eines Streifens sind die Kanäle 33, 34, 35, 36 geschlossen. Durch die Kanäle 37 wird der fliessbare Wärmeträger, in der Regel Süsswasser oder bei hohen Temperaturen öl oder Glykol, hindurchgeleitet. Diese Kanäle 27 kommunizieren an ihren Enden wiederum mit Sammelkanälen 9 des Leitungssystems. Der Raum 38 dient der Isolation. Die Schicht 39 -bildet die absorbierende Schicht des Solarkollektors. Die schräg gestellten Kanäle 40 und 41, die einen-rechteckigen Querschnitt

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aufweisen, bestehen aus Thermoplast und können nach oben hin offen sein. Sie werden vorzugsweise aus einem im Spritzguß hergestellten Raster gebildet/ wobei die Wände im Mittelbereich dicker sind und sich nach oben und unten verjüngen, so daß die Formwerkzeuge von beiden Seiten ausrückbar sind. Durch Verspiegeln ihrer Wandungen wird der korrodierende Ultraviolett-Einfluß unterbunden.

Figur 4 zeigt einen Kollektor mit fokussierenden Kanälen. Die aus zwei Folien 43 und 44 gebildeten Kanäle 45 liegen auf dem Wasser 46 auf und tragen den Kollektor. Auf einer wärmedämmenden .Schaumschicht 47 befindet sich die Kollektorplatte 48, die aus zwei verschweissten Folien gebildet ist. Die Folien schliessen zwischen sich die Warmetragerkanäle 49 ein, deren der Sonne· zugewandte Oberfläche aus der absorbierenden Schicht besteht. Über dem gesamten Kollektor sind Glasscheiben 50 angeordnet, die durch senkrechte Wandelemente 51 getragen werden. Unterhalb der Scheiben 50 ist eine mäanderförmig verlegte Folie 52 angeordnet, deren vertikale Bereiche verspiegelt sind. Die unteren Bereiche der Folien werden durch beschwerende Distanzprofile 53 gehalten. Der Dreiecksraum 54, ist z.B.· mit der-Aussenluft verbunden, während in den Zellen 55 sich Luft mit geringem überdruck befindet, die die Folien 52 im vertikalen Bereich gegeneinander und im horizontalen Bereich 56 gegen die Scheibe 50 presst. Der Verlauf der Sonnenstrahlen 57 zeigt die fokussierende Wirkung, die dadurch entsteht, dass aus dem Zusammenwirken des Gewichtes der Profile 53 und des Druckunterschiedes zwischen den Räumen 54 und 55 eine parabolische Wandkrümmung erzeugt wird. Die Achse der fokussierenden Kanäle weisen jeweils in die Himmelsrichtung, in der sich jeweils die Sonne befindet.

Figur 5 zeigt eine verkleinerte Draufsicht auf ein Kollektorelement. Alle Rohre 49 kommunizieren mit der eintrittsseitigen Sammelleitung 58 und der austrittsseitigen Sammelleitung 58' an den · Enden der Kollektorplatte. Von der Sammelleitung 58 strömt der Wärmeträger zur Sammelleitung 58'. Der Pfeil 59 gibt die Richtung zur Sonne an..

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Figur 6 zeigt schematisch, das Sammelsystem. Mit den Vor lauf rohr en 60 kommunizieren die eintrittsseitigen Sammelleitungen 58 gemäss Figur 5 und mit den gestrichelt dargestellten Rücklaufrohren 60' kommunizieren die austrittsseitigen Sammelleitungen 58' der Kollektoreinheiten 62. Alle Vorlaufrohre 60 kommunizieren mit der Hauptleitung 61 und alle Rücklaufrohre 60' mit der Hauptleitung 61' Diese Hauptleitungen beginnen bzw. enden auf einem Schiff 63, in welchem sich das Kraftwerk oder die Destillationsanlage befindet. Ausserdem kommunizieren diese Leitungen über vertikale Leitungen 65 und 65' mit unter dem Kollektor angeordneten Speichern. Die Schraube 64 des mit der Plattform verbundenen Schiffes bewirkt gleichzeitig die Umdrehung der Plattform. Sind Speicher unterschiedlicher Temperaturen vorgesehen, so sind dementsprechend weitere Kommunikationsleitungen 66 und 66' usw. vorgesehen. Es kommuniziert jeweils derjenige Speicher mit den Rückleitungen 60', in welchen die Temperatur der vom Sonnenkollektor bewirkten Temperaturerhöhung des Wärmeträgers entspricht. Bei hochstehender Sonne wird das Vorlaufwasser aus Speichern niederer Temperatur entnommen und das Rücklaufwasser Speichern höherer Temperatur zugeführt.

Figur 7 zeigt einen Querschnitt durch eine Plattform P mit Kollektoreinheiten nach der Erfindung. Unterhalb des Kollektors sind Speicher 70 für 50°, 71 für 90° und 72 für 175° angeordnet. Der Speicher für 175° ist durch eine Abdeckung 73 von dem darüberliegenden kälteren Wasser abgetrennt, dieses erzeugt einen Druck, der höher ist als der Siededruck. Die Gewichte 74 verhindern ein Aufsteigen der Abdeckung 73. Die Schwimmer 75 stabilisieren diese Abdeckung in ihrer horizontalen labilen Lage. Die Verdampfer 77 versorgen eine Kraftanlage über die Leitung 78 mit Frischdampf.

Der Speicher ist von einer auf Ringspannung belasteten Zylinderwand 81, die aus einer GFK-Wendel besteht, umgeben. Die Wandstärke dieser Zylinderwand beträgt am obersten Punkt 82 und am unteren Ende 83 nur wenige Millimeter, in Höhe der Wasserlinie 84 hat sie jedoch ihre maximale Dicke, da hier der Radialdruck sein Maximum

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erreicht. Nach unten hin sind die Speicherräume 70,71, 72 zum ■Meer hin offen. Die thermisch stabil geschichteten Wasserbereiche bewirken die Isolation. Zur Einleitung der Sonnenenergie in die Wärmespeicher dient für die Niedertemperatur-Kollektoren Süsswasser, für die Kochtemperatur-Kollektoren Wärmeträgeröl oder Glykol. So wie der Zylinder 81 eine Radialspannung erhält, wenn das von ihm umschlossene Wasser wärmer ist als das ihn umgebende Wasser, so werden auch auf die Folie 85 radial nach aussen wirkende Kräfte" ausgeübt, die eine radiale Vorspannung der flexiblen Plattform P, also des Kollektors, nach aussen zur Folge haben, so dass sich keine Falten bilden können.

Eine Plattform P nach der Erfindung ist in Figur 8 perspektivisch dargestellt. Im Kraftwerksschiff 63 befindet sich die Kraftanlage, die über eine Dampfleitung 78 mit einem der Verdampfer verbu: den ist. Ausserdem führt eine Kaltwasserleitung von der in der Nähe des Meerbodens aufgehängten Pumpe 93 längs der Leitung 98 und 78 zum Schiff 63. Im Kraftwerksschiff befinden sich die Verdampfer und Kondensatoren sowie die Arbeits- und Wohnbereiche. Die schraffierte Fläche 94 der Kollektorscheibe trägt Sonnenkollektorelemente für verschiedene Temperaturen. An ihrer Peripherie befindet sich eine nach oben offene Rinne 95 als Zuchtbecken, ganz aussen liegt eine weitere Rinne 96 zur Aufheizung des-Tiefenwassers Diese ist mit einer Folie zur Verhinderung von Infektion des sterilen Tiefenwassers durch über den Luftschlauchwulst 97 schlagende Wellen abgedeckt, über die Leitung 91, die an der Meeresboden-Station 93 angeschlossen ist, wird die Plattform P mit dem Verbrauchergebiet für Süsswasser und Elektrizität verbunden. Ein langsam laufender Propeller des Kraftwerksschiffes bewirkt im Zusammenwirken mit einem zweiten Schiff oder auch nur einem elektrisch betriebenen Propeller eine ständige Drehung der gesamten Insel, so dass die Sonnenkollektorkanäle stets genau senkrecht zur Sonne ausgerichtet sind. Ausserdem wird bei Wind- oder Meeresströmung mit den gleichen Propellern ein Schub von der Grosse des Windwiderstandes erzeugt, so dass die Anlage keiner Verankerung bedarf. Die Lagefixierung erfolgt über zwei Funkbaken,, die auf dem Land

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installiert sind. Oberhalb der Pumpe 93 befindet sich in großer Tiefe eine weitere Speicherglocke 99, in der bei einer Temperatur gespeichert werden kann, deren Siededruck mit dem hydrostatischen Druck in der Speichertiefe zusammenfällt.

Eine Kraftanlage nach der Erfindung besteht aus einem Verdampfer, aus Speisewasser vorwärmenden Wärmetauschern, Turbogeneratoren und Kondensatoren. Alle diese Einrichtungen sind auf dem Kraftwerksschiff untergebracht. Als Arbeitsflüssigkeit wird für die Hochtemperaturturbine Wasser eingesetzt, und für die Niederdruckturbine ein Kohlenwasserstoff. Die Anlage soll anhand des Schaltbildes in Figur 9 beschrieben werden.

Aus dem unteren Bereich des schwimmenden Speichers 72 entnimmt das hohenverschwenkbare Rohr 101 Seewasser bei der Temperatur von T = 175°C. Die Förderung übernimmt die Pumpe 102. Dieses Heißwasser ge langt in den Verdampfer.103 und gibt dort seine Wärme an das auf Siedetemperatur vorgewärmte Kondensat ab. Der erzeugte Dampf wird durch die Leitung 104 der aus Metall bestehenden Mitteldruckturbin

105 zugeführt. Der Abdampf dieser Turbine strömt durch die Leitung

106 und 106' zu den Überhitzern 107 und 108, die ihren Wärmestrom wiederum aus dem unteren Speicher 72 erhalten. In Höhe des höhenverstellbaren Eintrittsrohres 109 beträgt die Speicherwasser-Temperatur etwa 115 C, die weitere Überhitzung im Überhitzer 108 erfolgt mit 175°C heißem Wasser. Der Wasserrücklauf erfolgt durch die Rohre 110 und 111, in beiden Fällen wieder höhenverstellbar ausgebildet. Von der Rücklauftemperatur gesteuert, lassen diese Rohre automatisch das abgekühlte Wasser in derjenigen Höhe austreten, die der Rücklauftemperatur entspricht. Gleiche höhenverschwenkbare Eintritts- und Austrittsrohre 112, 113, 114 und 115 versorgen die Kondensat-Vorwärmer 116 und 117 mit 50° bzw. 90 heißem Wasser, während die Kondensat-Vorwärmer .118 und 119 ihre Wärme durch den Kreislauf der Rohre 101 und 110 bzw. 109 und 111 beziehen. Der zwischenüberhitzte Dampf gelangt aus dem Überhitzer 108 über die Leitungen 120 und 120' in die Niederdruckturbinen und 121". Die Tempraturen liegen in diesen Turbinen so niedrig, daß' die Turbinen aus GFK und faserverstärkten, spritzbaren Kunststoffen aufgebaut werden können. Über die gemeinsame Welle treiben

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die Turbinen den Generator 123 an. Der Abdampf strömt durch die Sammelschiene 124 zum Kondensator 125, der sein Kühlwasser von der Pumpe 93 der Meeresbodenanlage erhält. Das aufgeheizte Kühlwasser gelangt durch die Leitung 127 in die Vorwärmbecken 128 an der Peripherie der Sonnenkollektor-Insel und nach weiterer Aufwärmung in die Zuchtbecken 1 29. Weitere höhenverschwenkbare Rohre 130, 131, 132, 133 im Niedertemperaturspeicher und 134, 135, 136, 137 im Hochtemperaturspeicher sind mit dem Wärmetauscher 138 und weiteren, nicht gezeigten Wärmetauschern verbunden, durch die das Wärmeträger-Süsswasser des Solarkollektors strömt. Zur Vergrösserunc des Wirkungsgrades wird die Maximaltemperatur in speziellen Bereichen 162 des Kollektors auf 300⁰C heraufgesetzt. Den Turbinen 121 und 121' sind auf gleicher Welle unter Zwischenschaltung einer Überholkupplung 150 Wasserdampfturbinen 151 und 151' zugeschaltet. Diese Turbinen beziehen Dampf bei 300°C durch die Dampfleitung aus dem Verdampfer 153. Der entspannte Dampf der Turbinenstufe gelangt in den Zwischenübererhitzer 153'', der neue Energie aus dem Speicher aufprägt und dann in den Niederdruckteil 151'. Von dort aus tritt der Verdampfer in die Energieschiene 154 und in den Verdampfer 103 für Kohlenwasserstoff. Die Kondensationswärme wird der Kohlenwasserstoff-Sekundär-Turbine 105/121 zugeführt. Das Kondenswasser des Kohlenwasserstoff-Verdampfers gelangt durch die Kesselspeisepumpe 156 wieder in den 300°-Verdampfer 153. Die durch Zapfdampf bewirkte Speisewasser-Vorwärmung, wie sie vom Reaktor-Kraftwerk bekannt ist, entfällt, da für alle Temperaturbereiche Speicherwärme verfügbar ist. Die Verdampfer 153 beziehen ihre Wärme über Heissölleitungen 158' bzw. 158'' aus den Wärmetauschern 159' und 159'', die ihre Wärme aus dem Tiefenspeicher beziehen. Durch diesen Wärmetauscher 159' und 159'' strömt das 300⁰C heisse Süsswasser, das dem Meeresbodenspeicher 99 durch das höhenverschwenkbare Rohr 161 entnommen wird. Auch die Einspeisung der Energie bei der Ladung des Speichers 99 erfolgt unter Zwischenschaltung eines Wärmetauschers 162 über Heissöl der Leitung 163, das drucklos die nicht dargestellten Solarkollektorkanäle des Hochtemperaturbereiches durchströmt und abgekühlt durch das darunterliegende Rohr wieder dem Speicher zugeleitet wird.

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Auch die KohlenwasserstoffLurbine ist in zwei Stufen 105 und 121 unterteilt. Liegt die Tallastleistung unter 60% der Spitzenlastleistung, so ist ein weiterer Verdampfer für den 115°C-Bereich erforderlich. Durch Abschaltung der Mitteldruckturbine 105 kann die Generatorleistung bis auf 30% der Maximalleistung abgesenkt werden. Dabei wird im Gegensatz zu allen anderen Kraftwerken den jeweiligen Turbinen mit zugeordneter Generatorqualität Energie zugeführt, d. h. bei Abschaltung der Wasserdampfturbine wird die hochwertige Energie des 300 C-Speichers abgeschaltet; bei zusätzlicher Abschaltung der Mitteldruckturbine 105 wird außerdem der Speicherbereich 72 abgeschaltet, so daß nur die bei höchster Kollektorausnutzung gewinnbare Niedertemperatur-Energie verbraucht wird.

Die Ausnutzung der bei der Elektrizitätsgewxnnung anfallenden Anergie, die 66% der gesamten aufgefangenen Sonnenenergie ausmacht, kann gemäß der Erfindung in einer biologischen Station, in der Phytoplankton und Meerestiere gezüchtet werden, erfolgen. Bekanntlich steigt mit zunehmender Tiefe die Konzentration an Nährsalzen_; da der gesamte Detritus des Weltmeeres langsam nach unten sinkt. Diese mit dem Kondensator-Wasser nach oben geförderten Nährsalze werden in einer geschwärzten Kollektorrinne 202, die mit einer Plastikfolie zur Vermeidung von Infektion überzogen ist, weiter aufgewärmt. Danach durchströmt es den Raum 200 der Zuchtrinne 95, der durch eine lichtdurchlässige, schwimmende und durch Seile in ihrer Lage gehaltene Folie 203 abgedeckt ist. Dann erst tritt das Wasser in die obere Schicht 201 ein, wo sich das Wachstum von Phytoplankton vollzieht.

Die Züchtung von Phytoplankton und Meerestieren in durch Abwärme von Kraftwerksanlagen erwärmtem Tiefenwasser ist an sich bekannt. Es ist ebenfalls bekannt, das Kondensat des zum Zwecke des Wärmetransportes verdampften Meerwassers als Süßwasser zu gewinnen. Die Erfindung besteht demgegenüber darin, daß die durch auf dem Meer schwimmenden Sonnenkollektoren gewonnenen Energie direkt an Ort und Stelle für die Züchtung von Phytoplankton und Meerestiere: ausgenutzt und gegebenenfalls das dabei anfallende Kondensat zur Süßwassergewinnung verwendet wird.

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Während die Anordnung nach Figur 8 Elektrizität, tierisches Eiweiß und Süßwasser erzeugt/ besteht häufig nur ein Bedarf für Süßwasser. In Figur 11 ist eine Destillationsanlage zur Erzeugung von Süßwasser dargestellt. Die Anlage besteht aus dem flexiblen Solarkollektor 243, aus einem Speicher. 219/ aus einem Wärmetauscher 210/ aus den Destillationsapparaten 204 und einer Reihe von Pumpen. Die Pumpe 206 fördert kühles Meerwasser durch die oben im Wärmetauscher liegende Verteilungsvorrichtung 207, die in das Öl 211 in dem zylindrischen Wärmeübertragergehäuse 210 hineinragt. Nach Wärmeaufnahme tritt das Wasser durch die Trennebene 259 des Öles 211 in den Seewasserraum 212 ein, der aus den Tröpfchen 213 gebildet wird. Das Öl 211 durchsetzte vorher aus den Düsen 214 ausströmend und hocherhitzt den Seewasserraum 212. Das erhitzte Seewasser wird durch die Pumpe 2-15 aus dem tiefsten Bereich 216 des Seewasserbereichs 212 abgezogen und durch ein Rohr 217 mit höhenverstellbarem Austritt 218 dem schwimmenden Speicher 219 zugeleitet. Dabei durchströmt es eine Entlüftungsvorrichtung 256, wo gelöstes Gas abgesaugt werden kann.

Dieses erhitzte Seewasser wird durch die Pumpe 220 dem Speicher 219 kontinuierlich entnommen und im Destilliergehäuse 204', der ersten Stufe der Kolonne, versprüht. Dabei verdampft ein Teil bei gleichzeitiger Abkühlung des heißen Seewassers und gelangt durch die Öffnung 221 zwischen der Wand des Destilliergehäuses 204' und der Zwischenwand 258 in die Kondensationsseite 222.

Das Öl 229 im unteren Teil des Wärmetauschergehäuses 210 tritt durch die Düsen 214 aus und steht mit dem Seewassor 212, 213 im Gegenstromwärmetausch und wird an der höchsten Stelle des Wärmeübertragergehäuses 210 entnommen und durch die Pumpe 224 einer an der tiefsten Stelle befindlichen Verteilungsvorrichtung 225 mit Düsen 226 zugeleitet. Dort durchsetzen die Öltropfen 227 den mit Süßwasser gefüllten unteren Raum 228 und bilden die Ölschicht 229.

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Durch die Pumpe 230 wird durch den Ölkreislauf abgekühltes Süßwasser der Verteilungsvorrichtung 231 zugeführt und im Destilliergehäuse 204'' versprüht. Das um wenige Grad abgekühlte Seewasser 233 im Destilliergehäuse 204' wird durch die Pumpe 234 der Verteilungsvorrichtung 235 zugeleitet. Das dort wiederum geringfügig weiter abgekühlte Seewasser wird den immer größer werdenden Destilliergehäusen und schließlich dem Destilliergehäuse 204'' zugeführt/ wobei es sich fast auf die Seeoberflächen-Temperatur abgekühlt und im Salzgehalt entsprechend zugenommen hat.

Die Pumpe 237 fördert das abgekühlte und salzangereicherte Wasser 236 ins Meer zurück. Der im Destilliergehäuse 204" entstehende Wasserdampf 221'' gelangt mit dem durch die Düse 231 zerstäubten, kalten Süßwasserstrom in Kontakt und wird von diesem kondensiert. Das Süßwasser 238 erfährt hierdurch eine von Stufe zu Stufe größer werdende Erwärmung und erreicht/ nachdem es alle Stufen durchlaufen hat/ gefördert von der Pumpe 239 und versprüht von der Düse 240 seine maximale Erwärmung. Gleichzeitig hat der Mengenstrom um den in den Stufen kondensierten Süßwasseranteil zugenommen. Dieses heiße Süßwasser 241 wird, solange die Sonneneinstrahlung groß genug ist/ durch die Pumpe 242 in den Solarkollektor 243 gefördert. Der dort weiter aufgeheizte Süßwasserstrom wird dann durch die Pumpe 244 der Verteilungsvorrichtung 245 zugeleitet. Die heißen Wassertröpfchen 246 durchfallen die Ölschicht 229 und bilden schließlich unterhalb der Öl-Wasser-Trennlinie 247 die Süßwasserschicht 228. Bis das Süßwasser am Boden des Wärmeübertragergehäuses 248 angelangt ist, hat es seine gesamte Wärme an den öIstrom übertragen, so daß durch die Düsen 214 heiße öltropfen in den Seewasserbereich 212 eintreten.

Ein Schwimmer 249 entnimmt durch die Pumpe 250 gefördertes Oberflächenwasser und führt dieses durch die Verteilungsvorrichtung 208 dem Kreislauf zu. Vom abgekühlten Süßwasser wird der auskondensierte Anteil gemäß Pfeil 252 abgezweigt und dem Wasserverbrauchernetz zugeführt. Während der Nacht wird das Ventil 253 geöff-

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net/ so daß kein Süßwasser mehr durch den Solarkollektor 243 strömt. Der durch die Pumpen 242 und 244 geförderte Süßwasser-Strom hat dementsprechend nachts eine geringere Temperatur, so daß auch der durch die Pumpen 206 und 250 zugeführte Seewasseranteil eine geringere Aufheizung erfährt. Aus diesem Grunde wird die Öffnung 218 des Rohres 217 in eine tiefer gelegene, weniger heiße Wasserschicht verschwenkt. In dieser weniger heißen Schicht wird das durch die Kondensationswärme in den Destilliergehäusen erwärmte Seewasser bis zur erneuten Bereitstellung von Sonnenenergie zwischengespeichert. Die Entnahme dieses warmen Wassers erfolgt durch das höhenverstellbare Rohr 254 und die Pumpe 255. Dieses zwischengespeicherte Wasser wird dem durch die Verteilungsvorrichtungen 207 und 208 austretenden Seewasserstrom beigemischt, wodurch die während der jeweils vorangegangenen Nacht- zwischengespeicherte Kondensationswärme dem Kreislauf wieder zugeführt wird.

Figur 12 zeigt schematisch ein Destilliergehäuse 204. Das Seewasser wird durch die Ringleitung 260 zugeführt und im Raum 261 unterhalb der kegelförmigen Trennwand 262 versprüht. Durch ein weites zentrales Rohr 263 gelangt der entstehende Dampf, dem durch die Beschaufelung 264 ein Drall vermittelt wurde, in den oberen Raum 265. Durch den Drall werden mitgerissene Seewassertropfen an die Wand des Rohres 263 geschleudert, worauf sie in den Seewassersumpf 233 abfließen. Zwischen dem Rohr 263 und der konischen Wandung 262 bildet sich der Süßwassersumpf 241. Das Süßwasser tritt durch Düsen im Ringrohr 240 zerstäubt, in den Raum 265 ein und übernimmt die Kondensation des Dampfstromes 266. Mit jedem Destilliergehäuse 204, 204' usw. ist eine Gasabscheidevorrichtung verbunden.

Figur 13 zeigt eine von einem Luftpolster 313 getragene flexible Plattform 301. Das Luftpolster wird durch ein außerhalb ansaugendes Gebläse 302 unter geringem überdruck gehalten. Die Peripherie der flexiblen Plattform wird durch einen Rand 303 gebildet, dessen untere Kante in einen Wasserspiegel 304 eintaucht. Soll die Anlage auf dem Land betrieben werden, so wird eine

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ORIGINAL INSPECTED

Rinne 305 unter dem Rand 303 angeordnet und bis zum Spiegel mit Wasser gefüllt. Durch den inneren überdruck erfährt der Rand 303 eine nach außen gerichtete Radialspannung, die die flexible Plattform 301 in der Horizontalen hält.

Durch die Leitung 61 und die Drehkupplung 312 gelangt das aufgeheizte Wasser in die Verbraucherstation 311, die z. B. ein Kraftwerk sein kann.

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Claims

Ansprüche

orrichtung zur grosstechnischen Ausnutzung der Sonnenenergie mit einem Sonnenkollektor zur Aufheizung eines fliessbaren Wärmeträgers, welcher Sonnenkollektor von einem Fluid getragen wird und eine das Sonnenlicht absorbierende Schicht sov/ie eine diese absorbierende Schicht gegenüber dem Luftraum wärmedämmende Schicht aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kollektor (10, 27, 39) von einem Fluidpolster (70¹, 313) getragen wird, in welchem ein Überdruck gegenüber dem Druck ausserhalb der Peripherie des Kollektors (303, 85) aufrecht erhalten wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Wasser (70) ist und der Kollektor von einem Rand (85, 95) umgeben ist, der in das Wasser hineinragt und dass das Wasser (70) unterhalb des Kollektors (P) wärmer ist als das Wasser ausserhalb der Peripherie des Kollektors.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid Luft (313) ist, die unter geringem Überdruck unter dem Kollektor (301) gehalten wird und der Kollektor von einem Rand (303) umgeben ist, welcher die Kollektoroberfläche gegen die darunterliegende Fläche abdichtet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium unterhalb des Luftpolsters (313) Wasser ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Medium unterhalb des Luftpolsters (313) Festland ist.

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6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (303) an der Peripherie des Kollektors in eine mit Wasser gefüllte Rinne (305) eintaucht.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die die Sonnenstrahlung absorbierende Schicht aus einer Vielzahl von gleichen Elementen besteht, von denen jedes eine Schicht mit parallelen, den Wärmeträger zwischen Sammelkanälen (9) an den Enden jedes Elementes leitende Kanäle (11, 37) sowie eine über den Kanälen angeordnete, das Sonnenlicht absorbierende und im Ultrarot-Bereich nicht emittierende Schicht (10, 39) aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wärmedämmende Schicht durch vertikale Wandstreifen (20) in parallele Kanäle unterteilt ist, deren Breite so klein gewählt ist, dass die Luftkonvektion in diesen Kanälen weitgehend unterbunden ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vorrichtung vorgesehen ist, die den Sonnenkollektor auf dem Fluid (70, 313) dreht und ihn der Sonne so nachführt, dass die Verluste ein Minimum erreichen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikalen Wände (20) der wärmedämmenden Schicht keine Schatten auf die das Sonnenlicht absorbierende Schicht werfen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die unter sich parallelen Kanäle der wärmedämmenden Schicht durch quer zu den Wänden (20) verlaufende Wände (21) in Zellen unterteilt sind.

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12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen (20, 21, 41) zur Sonne hin geneigt sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel (24) kleiner ist als der während dar Benutzungszeit höchste Sonnenhöchststand.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (24) so gewählt wird, dass die gesamte einfallende Strahlung höchstens eine Brechung an der Hache (23) erfährt.
15. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus einem Teil der Kollektorfläche und einem Rand (85) ein Wasserraum umschlossen wird, der zum Zwecke der Energiespeicherung aufgeheizt wird.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserraum in zwei untereinander angeordnete Bereiche aufgeteilt ist und dass der tiefer liegende mit dem heisseren Wasser beschickt wird.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenboden (73) isoliert ausgeführt und beschwert ist und durch eine Reihe von Schwimmern (75) in seiner Horizontallage gehalten wird.
18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das gespeicherte Heisswasser in flüssiger oder dampfförmiger Form einem Turbogenerator zugeleitet wird, der vorzugsweise auf einem Schiff angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass in grosser Tiefe eine Pumpe (93) angeordnet ist, die Tiefenwasser dem Kondensator (125) der Kraftanlage zuführt.

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20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das durch die Kondensation aufgewärmte Tiefenwasser der Sonne ausgesetzten Becken (200, 202) zugeführt wird.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass in den Becken Phytoplankton gezüchtet wird.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21,dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Phytoplankton Meerestiere gezüchtet werden.
23. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Kondensat des Seewasserdampfes als Süsswasser gesammelt wird. · ■
24. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 15, dadurch gekennzeichnet dass mehrere Speicher vorgesehen sind und dass kaltes Wasser zu warmem Wasser aufgeheizt wird und in anderen Bereichen des Kollektors oder zu anderen Zeiten warmes Wasser in heisses Wasser verwandelt wird.
25. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeträger zwischen Solarkollektor (P, 243, 301) und dem Speicher Süsswasser Verwendung findet.
26. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass als Wärmeträger zwischen Kollektor (P, 301) und dem Speicher eine hochsiedende Verbindung, vorzugsweise öl oder Glykol, Verwendung findet.
27. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder 15, dadurch gekennzeichnet dass der Speicherinhalt aus Seewasser besteht und zwischen dem dem Kollektor (243) durchströmenden Wärmeträger und dem Inhalt des Speichers (219) ein Wärmetauscher (210) angeordnet ist.

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28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass •der Wärmetauscher (210) eine hydrophobe Wärmeübertragungsflüssigkeit (211) enthält, die von Süsswasser erwärmt wird und dem Seewasser die Wärme aufprägt.
29. Vorrichtung nach Anspruch 15 und gegebenenfalls Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass eine Destillationskolonne ' mit heissem Seewasser und kaltem· Süsswasser versorgt wird und dass dem Seewasser von Stufe zu Stufe Wärme durch Verdampfung entzogen und dem Süsswasser durch Kondensation aufgeprägt wird und dass das so erhitzte Süsswasser durch den Solarkollektor (243) geleitet wird.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolonne aus Kugeln (204) unterschiedlichen Durchmessers besteht, deren Inneres in zwei Bereiche aufgeteilt ist und dass in einem Bereich (261) Seewasser und im anderen Bereich (265) Süsswasser zerstäubt wird und dass zwischen den beiden Bereichen ein Kanal (263) vorgesehen ist.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfaustritts-öffnung als Rohr (263) ausgebildet ist und dem durchströmenden Dampf mit Schaufeln (264)ein Drall aufgeprägt wird.
32. Vorrichtung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolonne ständig gespeichertes heisses Seewasser erhält.
33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Kondensationswärme in einer tiefer liegenden Schicht des Speichers (219) gespeichert wird und dass durch sie erwä_rmtes Wasser dem Kreislauf zugeleitet wird, wenn keine Sonneneinstrahlung erfolgt.
34. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausrichtung der Kollektorelemente nur auf den sich ändernden Sonnenazimut erfolgt.

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