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Auftriebssysteme für schwimmende Anlagen zur Nutzang
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oder Gewinnung der Sonnenenergie.
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Die Erfindung betrifft Auftriebssysteme für senwimmende Anlagen zur
Nutzung oder Gewinnung von Sonnenenergie.
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Es ist bekannt, Reflektorsysteme und/oder Kollektoren zur Sonnenenergiesewinnung
auf einem s schwimmenden Fundament dem Azimut der Sonne nachzuführen. (Siehe hierzu
Patentanmeldung28ol69i.3 ). Unbekannt ist jedoch eine Konstruktion des Auftriebssystems,
das erlaubt, den Schwiinmkörper so zu "schwimmen", daß er sich auf einfache Weise
vom Montageboden selbständig abhebt.
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Ein mehrere hundert Quadratmeter großer Schwimmkörper wird, wenn er
beispielsweise aus Beton auf den Auftriebswannenboden aufgegossen wird, auch nach
dem Einfüllen des Auftriebsmediums nicht von alleine abheben, da das Auftriebsmedium
ohne besondere Vorrichtungen nicht unter den Schwimmkörper dringen kann. Um dies
jedoch zu erreichen, wurde vorgeschlagen, den Schwimmkörper so zum "Ausschalen"
zu bringen, daß im Schwimmkörper Offnungen vorgesehen werden, durch aie das Auftriebsmedium
zwischen Auftriebswannenboden und Schwimmkörper gepresst wira.
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Dieses Verfahren, das bis heute noch nicht angewendet wurde, ist sehr
aufwendig und es ist anzuzweifeln, daß es wirksam wäre, denn der aufgebrachte Druck
mußte bei einem steifen Schwimmkörpetmindestens so groß sein, daß er das Gesicht
des Schwimmkörpers anhebt. Dazu kommt die Schwierigkeit, die Öffnungen nachtraglich
wieder zu schließen.
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Die Erfindung hat sich daher zur Aufgabe gestellt, ein erfahren zu
entwickeln, den Schwimmkörper einsehl. aller Aufoauten auf dem huftriebswannenboden
herzustellen und/ oder zu montieren und diesen mit Filfe der Auftriebskraft zum
"Schwimmen" zu bringen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Auftriebssystem
als eine kommunizierende Röhre ausgebildet wird, indem unter dem Schwimmiörper Hohlräume
geschaffen werden, die eine Angriffsflache für den Auftrieb durch besondere technische
Vorrichtungen, bauliche Maßnahmen und/oder Vorkehrungen freigeben, die mit dem Verdrägungsraum
des Auftriebsmediums in Verbindung stehen und damit dem Auftriebsmedium gestatten,
unter den Schwimmkörper zu dringen und daß das Volumen des Verdrängungsraumes in
der Weise ausgebildet wird, daß es die Menge des Auftriebsmediums aufnehmen kann,
dessen Gewicht mindestens so groß ist, wie das Gewicht des Schwimmkörpers einscnl.
seiner Aufbauten und darüberhinaus die Adhäsions- und Klebekräfte überwinden kann,
die zwischen Auftriebswannenboden und Schwimmkörper bestehen, Die Funktionsfähigkeit
aer Anlage wird durch sichergestellt, daß das Auftriebsmediun aurch besondere Vorrichtungen
in den Bereichen, wo es mit der luft in Ver bindung tritt, weitgehend am Verdunsten
gehindert wird.
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Die montage aer Vorrichtungen zur Sonnenenergiegewinnung auf dem Schwimmkörper
erfolgt, bevor das Auftriebsmedium eingefiillt wird.
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Die technischen Vorrichtungen, baulichen Maßnahmen und/ oder Vorkehrungen
werden entweder am Schwimmkörper oder an der Auftriebswanne vorgenommen und/oder
sind Teil derselben oder sie bestehen in besonderen Elementen, die zwischen Auftriebswanne
und Sciiwimmkörper eingebracht werden. Es sina grundsdtzlich alle Maßnahmen gemeint,
durch die zwischen Auftriebswannenboden und Schwimmkörper entweder ohlrsume oder
Pdllensysteme erzeugt werden, die dem huftriebsmedium gestatten, sich gleichmäßig
unter den Schwimmkörper zu verteilen und diesen aufgrund des Auftriebs anzuheoen,
oaer Schichten eingelegt werden,
aie wasseranziehend oder -durchlässig
sind und eine alreichend große Angriffsfläche für den Auftrieb freigeben.
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Diese Maßnahmen setzen voraus, daß ein Verdrängungsraum zur Verfügung
steht, der so groß ist, daß er ein Auftriebsvolumen aufnehmen Kann, das dem Gewicht
des Schwimmkörpers und seiner Aufbauten einschl. dem Gewicht entspricht, das aufgebracht
werden mu, um aie Haftspannung (Klebewirkung) zwische Schwimmkärper und Auftriebswannenboaen
zu überwinden.
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Die notwendigen Hohlräume werden im einfachsten Fall dadurch erzeugt,
daß zwischen Schwimmkörper und Auftriebswanne loser Kies oder sonstiges Schftttgut
gelegt und mit einer möglichst steifen und wasserdichten Abdeckung versehen ist,
auf der der Schwimmkörper beispielsweise aus 3eton aufgegossen wird.
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Der Erfindungsgedanke kann in der eise ausgestaltet werden, daß die
Hohlraume und Rillensysteme beispielsweise in Styroporplatten oder durch luftbläschenfolien
vorgesenen werden, aie vor dem Herstellen des Schwimmkörpers eingelegt sind und
das Auftriebsmedium gleichzeitig zur Wärmedämmung ausbilden. Zu diesem Zweck ist
es auch besonders vorteilnaft, das als Wärmespeicherflüssigkeit dienende Auftriebsmedium
unter den Schwimmkörper in einen Hohlraum zu verdrängen, so daß es mit einem möglichst
kleinen Querschnitt zwischen Schwimmkörper und Auftriebswannenrand an die Oberfläche
dringt. Eine Erhöhung der Wärmekapazität des Speichers ist au f einfache Weise dadurch
zu erreichen, daß der Schwinmkörper selbst oder das Auftriebsbecken wärmespeichernd
ausgebildet werden. In diesem Fall muß die erfindungsgemäße hohlraumbildende Schichtwärmedurchlässig
sein. Dies gilt besonders dann, wen: as Auftriebs:nedium als Kühlflüssigkeit verwendet
wird.
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Durch die Erfindung wird es auf besonders einfache Weise möglich,
schwimmende Anlagen zur Sonnenenergiegewinnung auf großen Seen und Meeren herzustellen,
was gemäß der weiteren Erfindung dadurch geschieht, daß der Schwimmkörper auf einem
Luftkissen hergestellt wird, das als Auftriebswannenboden dient und an der vertikalen
Wandung der Auftriebswanne befestigt ist. Diese vertikale Wandung dient dabei vorteilhafterweise
als Führungsring.
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Mehrere solcher Führungsringe können zu einem im wesentlicnen geschlo
senen Flächengebildete vereint werden, wobei aie Führungsringe unter sich unverdrehbar
verbunden sind und durch einen schwimmfähigen Ring nach Art eines Wellenbrechers
umgeben sind. (Fig.6 u. 7 ) Eine solche Anlage kann eine wirksame Kollektorfläche
von mehreren 100.000 Quadratmetern einnehmen. Eine derartige Anlage läßt sicn mit
besonderem Vorteil auf Qem offenen Meer oder auf großen Seen in einigen t.nd von
der Küste verankern und beansprucht daher nicht land, das in der Nähe von Großständten
sehr kostbar ist. Die Luft über dem Meer und groben Seen ist sehr sauber, so daß
der diffuse Strahlungsanteil der Sonnenstrahlung sehr viel geringer ist. Gleichzeitig
ist die Verschmutzung der Spiegel und Kollektoren herabgesetzt, was zu einer Verbesserung
aes Wirkungsgrades und zu einer Verringerung der Wartungskosten führt.
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Weitere Vorteile des Erfindun sgedankens werden aus der folgenden
Figurenbeschreibung ersichtlich: Es zeigen: Fig. l: den Querschnitt durch den äußeren
Pand einer Auftriebswanne mit einer Noppenfolie als Abstandhalterung zwischen Schwimmkörper
und Auftrieb swannenb oden Fig. 2: wie Fig. 1, jedoch mit flüssigkeitsdicht abgedecktem
Kies als Abstandhalterung Fig. 3: wie Fig. 1. jedoch mit einem Rillensystem auf
der Unterseite des Schwimmkörpers Fig. 4: wie Fig. 1, jedoch mit einem Hohlkörper
unter dem Schwimmkörper Fig. 5: Querschnitt durch den üußeren Rand eines schwimmenden
Auftriebssystems mit Wärmespeicherung Fig. 6: Querschnitt durch eine schwimmende
Großanlage zur Sonnenenergiegewinnung Fig. 7: Aufsicht auf die in Fig. 6 dargestellte
Großanlage zur Sonnenenergieeilmung
Fig. 1 zeigt den Querschnitt
durch den äußeren Rand des Auftriebssystems einer Großanlage zur Sonnenenergiegewinnung.
Die Auftriebswanne besteht aus den vertikalen Auftriebsyannenrand 11, der vorstig
weise rotationssymmetrisch ausgebildet wird und als Führung ring dient, und in dem
sich der Schwimmkörper um eine vertikale Achse drent und dem Azimut der Sonne nicht
geführt wird. Der Auftriebswannenrand 11 ist durch eine flüssigkeitsdichte olive
12 mit dea Boden 13 der Auftriebswanne verbunden, die aus einer zetonplatte, Asphalt
oder einplaniertem und verdichtetem Erdreich besteht. Auf dem Auftriebswannenboden
wird vor dem Herstellen des Schwimmkörpers eine Noppenfolie 14 ausgebreitet, die
gewährleistet, daß das Auftriebsmedium unter den Schwimmkörper 15 dringt und diesen
abhebt. Weiterhin dient diese Noppenfolie als Gleitlager, damit der Schwimmkörper
schwinden kann, ohne Risse zu erleiden. suf der Noppenfolie 14 wird der Schwimmkörper
15 beispielsweise aus Leichtbeton aufgegossen. Vor aem Schwimmen der Anlage werden
die Vorrichtungen zur Sonnenenergiegewinnung auf den Schwimmkörper montiert. Der
Vorteil der Trockenmontage ist, daß der Schwimmkörper keine ungleichen oder einseitigen
Belastungen aus einem Montagevorgang erhält, der naturgemäß immer auf einer Seite
des Schwimmkörpers beginnt und Biegezugspannungen in diesem erzeugt.
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Durch aie vollständige Montage der Anlage auf dem festen Boden der
Auftriebswanne kann der Schwimmkörper 15 statisch sehr einfach ausgebildet werden,
da er durch den hydrostatischen Druck des Auftriebsmediums eine gleichmäßige Unterstützung
erfährt und an besonderen Belastungen nur die Kräfte aufzunehmen hat, die aus den
Windlasten auf den Reflektorflächen resultieren.
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Für Fig. 2 gilt sinngemäß das gleiche. Hier ist jedoch anstelle der
Noppenfolie eine Kiessohicht 16 vorgesehen, aie durch eine möglichst steife flüssigkeits
dichte Folie 17 abgedeckt wird.
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Fig. 3 zeigt eine Kleinanlage, die beispielsweise auf dem Flachdach
eines Gebudes zur Anwendung kommt.
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Hier besteht der Schwimmkörper 15 aus einer Styroporplatte 18, die
das System gleichzeitig zur Wärmespeicherung ausbildet. Die Styroporplatte 18 ist
unterseitig mit einem Rillensystem 20 versehen, durch das das Auftriebsmedium unter
den Schwimmkörper 15 dringt. Die Auftriebswanne 19 ist ebenfalls wärmespeichernd
ausgebildet. Falls ein Wärmeaustauscher 38 zur Anwendung kommt, wird dieser zur
Abstandhalterung vor der Montage des Schwimmkörpers eingelegt Fig. 4 ist sinngemäß
das Gleiche wie Fig. 3, jedoch mit einer unterschiedlichen Schwimmkörperkonstruktion.
Der Scnwimmkörper 15 wird uurcn einen rotationssymmetrischen Ring 40 gebildet, der
von einer flüssigKeitsdichten Folie 21 unterspannt wird. Die charakteristische gewölbte
Form bildet sich dann aus, wenn das Auftriebsmedium 22 eingefüllt ist und durch
den hydrostatischen Druck diese nach oben wölbt. Der Hohlraum dient als Verdrängungsraum
für das Auftriebsmedium.
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Fig. 5 zeigt aie Konstruktion eines schwimmenden Auftriebssystems.
Der äußere Rand der Auftreibswanne 42 dient als Führungsring für den Schwimmkörper.
In dem inneren Querschnitt des Führungsringes sind zl.ei luftdichte Folien 23 befestigt,
die durch Einpressen von Luft zu einem luftkissen 24 aufgebläht werden und das Auftriebssystem
zur Schwimmfähigkeit ausbilden.
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Der Schwimmkörper 15 ist auf dem luftkissen 24 in zwei Schichten 25
u. 26 hergestellt, die in dem äußeren Ring des Schwimmkörpers 27, der als verlorene
Schalung dient, eingebracht werden.
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Die untere Schicht 26 besteht aus einem sehr leichten Material, das
im wesentlichen als Füllmaterial, vorteilhafterweise mit wärmedämmenden Eigenschaften
dient.
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Auf dieses Material wird eine tragfähige Decke 25, beispielsweise
aus Leichtbeton aufgebracht.
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Die Herstellung erfolgt von außen nach innen, so daß zuerst der au3ere
Teil des Luftkissens 24 beansprucht wird und sich das luftkissen 24 in der Mitte
nach oben drückt. Auf diese Weise bildet sich unter den Schwimmkörper 15 ein Hohlraum
aus, der zur Verdrängung des Auftriebsmediums 22 dient. Der Spalt 28 zwischen Schwimmkörper
und Auftriebswannenrand wird dadurch sehr klein und hindert das Auftriebsmedium
daran, mit der freien tuft in Verbindung zu kommen. Dies macht das Auftriebsmedium
22 zur Wärmespeicherung besonders geeignet. Außerdem vergrößert sich auf diese Weise
die Plattform 25 zur Anordnung der Reflektoren und/ oder Empfänger. Durch die Belastungsänderung
auf dem flexiblen Luftkissen 24 wird sich der Schwimmkörper 15 an bestimmten Stelle
vom Luftkissen 24 lösen und ein Eindringen des Auftriebsmediums 22 ermöglichen Andere
Maßnahmen bestenen darin, den Luftdruck im Luftkissen 24 zu ändern, wodurch ein
ähnlicher Effekt erzielt wird. Zusstzlich können vor der montage des Schwimmkörpers
15 Steine 41 auf das Luftkissen 24 als Abstandhalterung aufgebracht werden. Die
Führung des Schwimmkörpers zum Führungsring 42 erfolgt durch schwimmende Kugeln
37.
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Am äußeren Führungsring 42 wird eine Tragluftkuppel 29 oder -Halle
befestigt, die innseitig mit einer wSrmereflektierenden Schicht versehen ist. Dadurch
ist die gesamte Anlage gegenüber äußeren Witterungseinflüssen, insbesondere Sturmbelastungen
sicher und eine Verschmutzung der Empfänger und Reflektorflächen vermieden.
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Durch die Lagerung des Schwimmkörpers in einer schwimmenden Auftriebswanne
ist das System gegenüber Bewegungen des Wassers weitgehen geschützt, da das Auftriebsmedium
22 ausgleichend wirkt. Durch den untergehängten Warmwaserspeicher 30 liegt der Schwerpumit
des Systems so tief, daß dieses unempfindlich gegenüber Wellengang ist, und dies
macht die Nachführanlage fur Kollektoranlagen mit hohem Konzentrationsfaktor besonders
geeignet.
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Der äußere Führungsring 42 ist nach unten verlangt und im unteren
Querschnitt durch eine flüssigkeitsdichte Folie 31 geschlossen und bilaet einen
idealen Wärmspeicher. In dem Speicherraum ist eine weitere 43 sperende Folie angeordnet,
die deb Speicher in zwei Raume unterteilt, inden diese vertikal verschieblich ist.
In den oberen Speicherraum wird heißes Wasser, in den unteren Frischwasser eingespeist.
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Fig. 6 und 7 zeigen die Zusammenfügung mehrerer solcher Speichersystem
zu einer Gro3anlage. Es ist zu sehen, wie mehrere Schwimmkörper 15 bzw. 15a in ihren
Führungsringen 42 bzw. 42a zu einem im wesentlichen geschlossenen Flächengebilde
vereint sind.
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Die Durchmesser der Schwimmkörper und der Führungs ringe werden dabei
so gewählt, daß das Flächengebilde optimal ausgefüllt wird. Die Führungsringe sind
an ihren Berührungsstellen untereinander unverdrehbar vereint und von einem schwimmfähigen
Ring 32 nach Art eines Wellenbrechers umgeben. Die Gestaltung der einzelnen Schwimmkörper
15 und der Kollektoren bzw.
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Reflektoren kann dabei der Patentschrift P entnommen werden. Der mittlere
Schwimmkörper 15h ist kreisringförmig ausgebildet und umgiöt ei Schwimmkörper 150,
auf den ein Kraftwerk 33 ordnet ist.
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Bei der Herstellung des Vellebrechers 32 wurde so verfahren, daß der
innere torroidförmige Schlauch 34 zunächst auf das Wasser aufgelegt und mit Gas
gefüllt wird. Über diesen Schlauch wird dann der Wellenbrecher gelegt, der einen
nach unten offenen U-förmigen Querschnitt aufweist. Der Innenraum des U-förmigen
Querschnitts wird soweit mit Kies 35 gefüllt, bis er die gewünschte Tiefe erreicht
hat. Der obere Teil des Innenraumes wird dann mit Gas 36 gefüllt.
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L e e r s e i t e