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Sonnenofen
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Die Erfindung betrifft einen Sonnenofen, bestehend aus einem von einem
oder mehreren Rohren durchzogenen Auffänger mit lichtabsorbierender Außenfläche
und einem Reflektor.
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Die bisher bekannten Sonnenöfen können in zwei Klassen aufgeteilt
werden, nämlich Plattenöfen und Konzentrationsöfen.
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Die Konzentrationsöfen arbeiten nach dem Prinzip, daß der Reflektor
das Licht in einem Brennpunkt sammelt, so daß die Wärme dort konzentriert wird.
Die Plattenöfen vervienden meist ebene Flächen, auf die das Licht von allen Seiten
einfallen kann und die über einen großen Bereich ausgebreitet sind. Die Konzentrationsöfen
sind an sonnigen Tagen wirksamer als Plattenöfen, während die Plattenöfen an trüben
Tagen wirksamer sind, weil sie Streulicht aus allen Richtungen sammeln. Die Konzentrationsöfen
arbeiten im allgemeinen auch bei höheren Temperaturen, so daß die von ihnen erzeugte
Wärme besser ausgenutzt werden kann.
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Die mit der im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Erfindung gelöste
Aufgabe besteht darin, eine Konzentration der Strahlungsenergie zu ermöglichen und
trotzdem die
Energie von allen Richtungen zu sammeln. Zu diesem
Zweck ist der Reflektor als Konkavspiegel mit abschnittsweise kreisbogenförmigem
Querschnitt ausgebildet. Seine Ränder definieren eine Lichteintrittsöffnung, in
welcher der Auffänger so hinsichtlich des Reflektors angeordnet ist, daß jeder in
die öffnung eintretende Strahl auf den Auf fänger qerichtet wird.
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Dieser Sonnenofen ist den beiden erwähnten Ofentypen überlegen, denn
er gibt höhere Temperaturen als Plattenöfen und sammelt die Energie sowohl an klaren,
als auch an bedeckten Tagen.
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Außerdem werden die Sonnenstrahlen mit beliebigem Einfallswinkei gesammelt,
so daß keine Antriebsmittel benötigt werden, um der Sonnenbewegung zu folgen.
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Die Sannenenergie kann sowohl zum Kühlen, als zum Heizen verwendet
werden. Dies gilt besonders dann, wenn es möglich ist, eine Flüssigkeit auf eine
Temperatur über 88 OC zu erhitzen.
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Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, Wasser oder andere
Flüssigkeiten (z.B. Äthylenglykol) auf so hohe Temperaturen zu erhitzen; infolgedessen
kann hiermit die Sonnenenergie sowohl in Heizanlagen, als auch in Klimaanlagen verwendet
werden. Das letztere ist besonders vorteilhaft, denn eine Klimaanlage empfiehlt
sich besonders an heißen sonnigen Tagen und gerade an solchen Tagen ist ein Sonnenofen
besonders wirksam.
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Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand
der Zeichnung beschrieben. Hierin sind Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines
erfindungsgemäßen Sonnenofens, Fig. 2 ein Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1
und Fig. 3 - 5 Schnittdarstellungen ähnlich Fig. 2 von weiteren Ausführungsformen.
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Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Sonnenofen 10 besitzt einen kastenartigen
Rahmen 12 mit Seitenwänden 14 und 16, Stirnwänden 18 und 20, einem Boden 21 und
einem durchsichtigen Deckel 22. Letzterer kann aus Glas oder dl. bestehen; vorzugsweise
ist er jedoch aus einer durchsichtigen Modifikation des Kunststoffs PTFE hergestellt.
Ggf. kann der Deckel 22 scharnierartig aufklappbar gestaltet sein, um den Zugang
zum Inneren des Kastens 12 zu erleichtern.
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Innerhalb des Kastens 12 befinden sich im dargestellten Beispiel zwei
konkave Flächen 24, 26 von halbkreisförmigem Querschnitt, die sich an einer Kante
28 schneiden. Die Außenränder der konkaven Flächen 24, 26 reichen nach oben bis
zu dem durchsichtigen Deckel 22. Die Kante 28 befindet sich dagegen in einem gewissen
Abstand unterhalb des Deckels 22. Die Flächen 24 und 26 sind spiegelnd ausgebildet.
Vorzugsweise bestehen sie aus einer reflektierenden, mit Aluminium beschichteten
Polyester-
Folie, die im Handel erhältlich ist. Die oberen Seitenränder
der Spiegelflächen 24 und 26 sind mit 30 bezeichnet. Die Krümmung an den Rändern
30 ist so gewählt, daß alle durch den Deckel 32 in der Nähe der Ränder 30 hindurchtretende
Strahlungsenergie in der allgemeinen Richtung der Kante 28 reflektiert wird, und
zwar unabhängig von dem Winkel, unter dem das Licht auf die Ränder 30 einfällt.
Unterhalb der Spiegelflächen 24 und 26 befindet sich ein Schaumstoff 32, der hohen
Temperaturen widerstehen kann. Hierzu kann z.B. urethan-Formaldehyd-schaum dienen.
Er kann Temperaturen bis zu 99 OC aushalten und ist nicht entflammbar.
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Vom Boden 21 des Kastens 12 erstreckt sich eine vertikale Stütze
34 aus Holz zur dgl. nach oben. Die Stütze reicht bis zu der Kante 28 und trägt
auf ihrer Oberseite einen Sockel 36, der hohen Temperaturen widerstehen kann, z.B.
aus PTFE. Der Sockel 36 dient zur Halterung eines lichtabsorbierenden Auffängers
38, der aus einer horizontalen Platte 40 mit einer oder mehreren in ihr verlaufenden
Rohrleitungen 42 besteht.
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Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind die Rohrleitungen 42 an den Enden
fortlaufend miteinander verbunden, so daß sie eine Rohrschlange bilden, deren Enden
an den Stirnseiten des Kastens 12 aus diesem austreten.
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Die Breite der Platte 40 ist wesentlich geringer als diejenige der
Lichteintrittsöffnung, die durch die-Ränder 30 der konkaven Flächen 24 und 26 begrenzt
wird. Die Platte 40 ist aber so breit, daß sie die inneren unteren Teile 44 der
gekrümmten
Flächen 24, 26 abdeckt. Alles Licht, das durch den Deckel
22 eintritt, trifft also entweder unmittelbar auf die Platte 40 oder auf Teile der
Flächen 24, 26, die außerhalb der Bereiche 44 liegen. Somit werden alle durch den
Deckel 22 eintretenden Lichtstrahlen direkt oder indirekt von dem Auffänger 38 absorbiert.
Dieser besteht z.B. aus Aluminium mit einem dünnen aufgalvanisierten Überzug aus
schwarzem Nickel.
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Bei der Anordnung nach Fg. 3 sind im Unterschied zu Fig. 2 zwei gekrümmte
reflektierende Flächen 46, 48 vorgesehen, die sich an einer Stelle 50 schneiden,
die wesentlich niedriger als die Schnittstelle 28 in Fig. 2 liegt. Auf dem Sockel
36 sitzt hier ein langgestreckter absorbierender Auffänger 52 mit einem Mittelteil
54 und drei dünnen radialen Teilen 56.
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Eine einzige Flüssigkeitsleitung 58 verläuft in Längsrichtung durch
den Mittelteil 54.
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Bei der Anordnung nach Fig. 4 ist auf dem Sockel 36 statt dessen ein
zylindrischer absorbierender Auffänger 60 montiert, dessen Durchmesser ausreicht,
um alle. Lichtstrahlen, die von den gekrümmten Flächen 46, 48 reflektiert werden,auf
ihm zu WreinigenbInnerhalb des Auf fängers 60 befindet sich eine Flüssigkeitsleitung
62.
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In der Ausführungsform nach Fig. 5 besteht der Reflektor 62 aus einem
einzigen kreisbogenförmigen Stück im Gegensatz zu den zwei sich schneidenden Kreisbögen
nach Fig. 2 - 4. Auf
dem Sockel 36 ist eine vertikale Platte 64
angeordnet, durch die eine Rohrleitung 66 in Längsrichtung führt. Die Platte 64
reicht nahezu bis zum Deckel 22 nach oben.
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Alle beschriebenen Ausführungsformen haben das gemeinsame Merkmal,
daß der Auffänger 38, 52, 60 bzw. 64 erheblich schmaler als die vom Deckel 22 dargebotene
Lichteintrittsöffnung ist.
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Infolgedessen wird das Licht stärker als bei den bekannten Sonnenöfen
vom Plattentyp konzentriert. Andererseits bewirken die in den beschriebenen Ausführungsformen
vorgesehenen Reflexionsflächen, daß jeder in den Deckel 22 einfallende Lichtstrahl
auf den innerhalb der konkaven Flächen angeordneten Auf fänger gerichtet wird; dies
gilt für jeden Winkel, unter dem das Licht einfällt.
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Alle beschriebenen Ausführungsformen haben den Vorteil gegenüber den
bekannten Sonnenöfen vom Konzentrationstyp, daß sie Licht von allen Seiten auffangen
können. Die bekannten Vorrichtungen dieser Art besitzen jeweils einen Parabolspiegel
und können deshalb Lichtstrahlen, die unter nahezu horizontalem Einfallswinkel auf
die äußeren Ränder des Reflektors gelangen, nicht auffangen. Bei den vorstehend
beschriebenen Ausführungsformen kommt dagegen jeder Lichtstrahl, der durch den transparenten
Deckel 22 einfällt, direkt oder indirekt bei dem Auffänger an. Das trifft für die
bekannten Sonnenöfen vom Konzentrationstyp nicht zu.
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Es ist nicht wesentlich, daß in den beschriebenen Ausführungsformen
die konkaven Flächen mindestens teilweise Kreisbogenquerschnitt haben. Das wesentliche
ist vielmehr, daß alle Normalen auf eine Tangente an die konkaven Flächen 24 und
26 zu dem Auf fänger 38 in Fig. 2 zeigen und nach Verlängerung denselben schneiden
müssen; entsprechendes gilt für die Auffänger nach Fig. 3 - 5. Bei Einhaltung dieser
Bedingung wird alles reflektierte Licht zum Auf fänger 38 geleitet.
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Der Reflektor kann beispielsweise folgendermaßen hergestellt werden.
Eine Form aus Metallguß mit konkaven Flächen und den gewünschten Abmessungen der
Schaumstoffeinbettung wird vorbereitet. Die konvexe Seite der gekrümmten Fläche
wird dann mit der aluminisierten Folie derart bedeckt, daß deren reflektierende
Seite der Metallwand zugewandt ist. Danach wird die Form durch Druckgießen mit dem
Schaumstoff ausgefüllt.
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Nach dem Aushärten desselben wird die Form abgenommen und die mit
dem Schaumstoff hinterfüllten kokaven Flächen sind gebrauchsfertig.
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Gegenüber den Sonnenöfen vom Plattentyp hat die beschriebene Anordnung
den Vorteil, daß ein erheblicher Anteil der Sonnenenergie konzentriert werden kann,
so daß Wasser auf eine sehr hohe Temperatur aufgeheizt werden kann. Es lassen sich
0 Temperaturen über 88 C erreichen und damit wird es möglich, das Wasser in den
üblichen Klimaanlagen und auch in Heizanlagen als Wärmeträger zu verasenden.