DE2805425A1

DE2805425A1 - Sonnenkollektor mit sonnenfolgemitteln

Info

Publication number: DE2805425A1
Application number: DE19782805425
Authority: DE
Inventors: Roelf Jan Meijer
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1977-02-21
Filing date: 1978-02-09
Publication date: 1978-08-24
Also published as: AU3334178A; AU510118B2; JPS5550252B2; SE7801826L; DE2805425C3; FR2381348A1; NL7701812A; JPS53103239A; GB1553359A; IT1092780B; US4198954A; IT7820395A0; DE2805425B2; CA1098785A

Description

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η ■■· . ,.. ,...·.,. PHN. 8687·

JW/EVH. 2.8.1977.

•6

"Sonnenkollektor mit Sonnenfolgemitteln"

Die Erfindung bezieht sich, auf einen Sonnenkollektor mit einem um mindestens eine Achse drehbaren, auf einem Rahmen angeordneten fokussierenden Reflektor, der mit mindestens einem Verstellmechanismus zum Drehen des Reflektors um die genannte Achse gekuppelt ist, einem

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Absorber zum Empfangen der vom Reflektor konzentrierten Sonnenstrahlung und Sonnenfolgemitteln mit mindestens einem Sonnensensorpaar, die einander gegenüber an verschiedenen Seiten des Reflektors befestigt sind und im Betrieb den Verstellmechanismus zum Beibehalten einer der Fokussierung der Sonnenstrahlung auf den Absprber entsprechenden Reflektorstellung in entgegengesetztem Sinne beeinflussen. y

Ein Sonnenkollektor der obengenannten Art ist aus der FR-OS 7 4θΟ 312 bekannt.

Beim bekannten Sonnenkollektor ist ein parabolischer Reflektor vorhanden, der um eine horizontale und eine vertikale Achse drehbar ist. An dem parabolischen Reflektor sind zwei fotoelektrische Zellenpaare als Sonnensensoren befestigt. Das eine Paar steuert untereinander in entgegengesetztem Sinne einen Elektromotor, der für die Drehung des Reflektors um die horizontale Achse sorgt. Das andere Paar fotoelektrischer Zellen steuert untereinander in entgegengesetztem Sinne einen zweiten Elektromotor, der für die Drehung des Reflektors um die vertikale Achse sorgt.

Die Erfindung bezweckt nun, einen Sonnenkollektor der obengenannten Art zu schaffen, der preisgünstig und von einfacher Konstruktion ist und dessen Sonnenfolgemittel ein derart starkes und solides System

2-5 ■ bilden, das insbesondere bei Reflektoren grosser Abmessungen

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2.β.77.

den vom Wind ausgeübten Kräften leicht standgehalten werden kann.

Dazu weist der erfindungsgemässe Sonnenkollektor das Kennzeichen auf, dass jeder der Sonnensensoren aus einem Behälter mit mindestens einer sonnenstrahlungabsor-

bierenden ¥and .besteht, in welchem sich ein Hochdruck- ; arbeitsmedium befindet, dessen thermische Ausdehnung der an der betreffenden sonnenstrahlungsabsorbierenden Behälterwand eintreffenden Sonnenstrahlungsmenge proportional ist, wobei jeder Behälter über einen ein Druckübertragungsmedium enthaltenden ersten Kanal mit dem Verstellmechanismus und über einen mit dem ersten Kanal in offener Verbindung stehenden ebenfalls Druckübertragungsmedium enthaltenden zweiten Kanal mit einer Quelle eines Hochdruckmediums unter konstantem Druck verbunden ist, wobei in die zweiten Kanäle ein oder mehrere durch die Hochdruckarbeitsmedien gesteuerte Absperrelemente derart aufgenommen sind, dass bei einem bei einer von der gewünschten Lage abweichenden Reflektorlage auftretenden Unterschied in der Ausdehnung zwischen den beiden Arbeitsmedien nur die Verbindung zwischen der Quelle des Hochdruckmediums unter konstantem Druck und dem ersten Kanal, in dem der niedrigere Druck herrscht, freigegeben wird. .

Als Arbeitsmedien mit günstigen kubischen Aüsdehnungskoeffizienten Q kommen beispielsweise die nact-

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folgenden Flüssigkeiten in Betracht: Butylchlorid, Azeton, Azetonnitril, Aethylester von Essigsäure, Hexan, Methyläthylketon, Chloroform, Aethylester von Propionsäure, Propylbromid oder Heptan unter einem Druck von beispielsweise 50 bis 100 ata. Die Druckübertragung kann hydraulisch oder pneumatisch sein.

Da bei einem Unterschied in der Ausdehnung

zwischen den beiden Arbeitsmedien die Verbindung zwischen der Quelle des Hochdruckmediums und dem ersten Kanal, in dem der niedrigere Druck herrscht, freigegeben wird, kann die in diesem Kanal zu verdrängende Druckübertragungsmediummenge einen Ausweg zur Quelle suchen und derselben später wieder entnommen werden.

Eine günstige Ausführungsform des erfindungsgemässen Sonnenkollektors weist das Kennzeichen auf, dass von jedem Behälter die sonnenstrahlungsabsorbierende ¥and von der Richtung, in der die fokussierende Reflektorwand liegt, abgewandt ist und jeder sonnenstrahlungsabsorbierenden Behälterwand ein in dieselbe Richtung wie die fokussierende Reflektorwand gewandtes reflektierendes Element zugeordnet ist, um bei einer von der gewünschten Lage abweichenden Reflektorlage Sonnenstrahlung zu der betreffenden sonnenstrahlungabsorbierenden Behälterwand selektiv zurückzuwerfen.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemässen Sonnenkollektor ist das Hochdruck-

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arbeitsmedium, das Druckübertragungsmedium und <las • Hochdruckmedium in der Quelle ein und dieselbe Flüssigkeit. Damit ein Abfliessen von Wärme von Arbeitsmedium zum Druckübertragungsmedium und damit eine verringerte Sensorempfindlichkeit und -reaktionsgeschwindigkeit ....-- vermieden wird, sind nach einer günstigen Ausführungsform

des Sonnenkollektors nach der Erfindung das Hochdruck— '"; arbeitsmedium und das Druekübertragungsmedium durch eine bewegliche Trennwand aus wärmeisolierendem Material voneinander getrennt. .

Eine weitere günstige Ausführungsform des

erfindungsgemässen Sonnenkollektors weist das Kennzeichen auf, dass die Aussenoberflache der sonnenstrahlungabsorbierenden Behälterwand mit einer schwarzen Schicht mit einem Absorptionsvermögen für Sonnenstrahlung ⁰^ ■=; 0,9 versehen ist. Die eintreffende Sonnenstrahlung ( 7\ = 0,3-2 /um) wird auf diese Weise zum grössten Teil absorbiert.

Damit die Empfindlichkeit der Behältersensoren vergrössert wird, ist nach der Erfindung jeder Behälter ausser der sonnenstrahlungabsorbierenden ¥and gegenüber der Umgebung wärmeisoliert.

Bei einer günstigen Ausführungsform des erfindungsgemässen Sonnenkollektors ist der Behälter in einer evakuierten Hülle mit einem gegenüber der sonnenstrahlungabsorbierenden Wand liegenden transparenten

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Eintrittsfenster angeordnet.

. Eine weitere Vergrösserung der· Empfindlichkeit

der Behälter wird nach der Erfindung dadurch erhalten, dass das Eintrittsfenster mit einer lichtdurchlässigen, infrarotreflektierenden Schicht versehen ist. Die von der sonnenstrahlungabsorbierenden Wand ausgestrahlte Wärmestrahlung wird dadurch wieder zu dieser Wand zurückgeworfen.

Zugleich ist es nach der Erfindung vorteilhaft, den von der sonnenstrahlungabsorbierenden Wand abgewandten Teil der Umhüllung mit einer reflektierenden Schicht zu versehen. Einerseits trägt dies zu einem wirtschaftlicheren Gebrauch der als Steuersignal empfangenen Sonnenstrahlung bei, andererseits hat unmittelbar auf die Umhüllung eintreffende falsche Strahlung weniger Einfluss. Um den Einfluss der Sonnenstrahlung bzw. der Umgebungstemperaturschwankungen auf den an die Behälter angeschlossenen Teil des Sonnenfolgesystems zu verringern, sind nach der Erfindung die ersten und zweiten Kanäle und die Hochdruckquelle gegenüber der Umgebung wärmeisoliert..³.

. Eine weitere günstige Ausführungsform des

erfindungsgemässen Sonnenkollektors weist das Kennzeichen auf, dass eine Drucksicherungsvorrichtung vorhanden ist, die beim Ueberschreiten eines bestimmten in den beiden ersten Kanälen simultan auftretenden Druckpegels eine

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Abfuhr von Druckübertragungsmedium aus den genannten ersten Kanälen ermöglicht.

ν Diese Drucksicherung ist von Bedeutung, wenn,

in dem Falle, wo der Sonnenkollektor ausser Betrieb ist und die zweiten Kanäle geschlossen sind, die Drücke in

den beiden Behältern und den beiden ersten Kanälen unzulässig hoch zu werden drohen, und zwar durch allmähliche Erwärmung infolge eines hohen Umgebungstemperaturpegels. Bei einer anderen Ausführungsform des Sonnenkollektors, bei der der Reflektor um mindestens eine Achse durch den fest angeordneten Absorber drehbar ist, ist nach der Erfindung der Absorber über ein durch einen Verdampfungs— Kondensationszyklus wärmetransportierendes System mit einer auf einem höheren Pegel als der Absorber angeordneten wärmespeichernden bzw. -verbrauchenden Vorrichtung verbunden.

Nicht nur kann durch den Verdampfungs-Kondensationsprozess eine grosse Menge Wärme vom Absorber abgeführt werden, siondern zugleich kann das Kondensat unter dem Einfluss der Schwerkraft zum Absorber zurückkehren. Die Anordnung ermöglicht einen Wärmetransport über einen grossen Abstand ohne Verwendung von Hilfsmitteln, wie z.B. einer Pumpvorrichtung zum Transportieren des Kondensates. Ein Transport des Kondensates mit Hilfe einer Kapillarstruktur kann nur über verhältnismässig geringe

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Abstände erfolgen (namentlich, ist die Anstieghöhe bei Kondensattransport entgegen der Schwerkraft gering). Letzteres könnte bei der Anordnung zu Problemen führen, und zwar wegen mangelnden Abstandes zwischen dem Sonnenkollektor und dem Wärmespeicher oder der wärmeverbrauchenden Vorrichtung (beispielsweise ein Heissgasmotor).

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schaubildliche Ansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Sonnenkollektors mit einigen Teilen der Sonnenfolgemittel,

Fig. 2 einen Schnitt durch den Reflektor und Absorber nach Fig. 1 entsprechend der Linie II- II und durch einen Teil der zugehörenden Sonnenfolgemittel,

Fig. 3 eine Ansicht von hinten auf den Reflektor nach Fig. 1,

Fig. h einen Schnitt durch den Reflektor nach Fig. 1 und durch Sonnenfolgemittel zur Drehung des Reflektors um eine horizontale Achse,

Fig. 5 einen Schnitt durch eine Ausführungsform eines Behältersonnensehsors,

Fig. 6 eine andere Äusführungsform eines Behältersonnensensors in einem Längsschnitt (Fig. 6a) bzw. im Querschnitt (Fig. 6b),

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FIg. 7 eine schaubildliche Ansicht einer anderen Ausführungsform des Sonnenkollektors nach der Erfindung mit zwei Behältersonnensensoren, .

Fig. 8 einen Schnitt durch Fig. 7 längs der Linie VIII-VIII und durch eine andere Ausführungsform der zugehörenden Sonnenfolgemittel,

Fig. 8a eine Darstellung eines in Fig. 8 gezeigten Regelelementes in einer anderen Betriebslage,

Fig. 9 eine schaubildliche Ansicht einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemassen Sonnenkollektors mit einem fest angeordneten Absorber.

In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein parabolischer Reflektor bezeichnet, in dessen Brennpunkt ein mit dem Reflektor fest verbundener Absorber 2 angeordnet ist. Der Reflektor 1 ist auf zwei Unterstützungen 3 und k in umgekehrter V-Form angeordnet, auf denen sich der R&flektor um seine horizontale Achse 5 durch Betätigung einer Kurbel 6 drehen kann.

Die Unterstützungen 3 und 4 sind mit ihren Füssen an einer Drehscheibe 7 befestigt, die auf einer Bodenplatte 8 drehbar angeordnet ist und eine Drehung des Reflektors 1 um seine vertikale Achse 9 ermöglicht. Die Drehscheibe 7 ist auf der Unterseite beispielsweise über ein Zahnrad mit einem bekannten Getriebe 10 verbunden, das seinerseits mit einer Antriebskurbel 11 verbunden ist·.

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Parallel zur horizontalen Achse 5 sind auf beiden Seiten des Reflektors 1 zwei als Sonnensensoren wirksame rohrförmige Behälter 12 bzw. 13 befestigt. Senkrecht dazu sind auf beiden Seiten des Reflektors 1 zwei ebenfalls als Sonnensensoren wirksame rohrförmige Behälter Ik bzw. angebracht. Die Behälter 12 und 13 sind auf noch näher zu beschreibende Weise mit der Kurbel 6 gekuppelt, während die Behälter 14 und 15 auf entsprechende Weise mit der Kurbel 11 gekuppelt sind.

Fig. 2 zeigt, wie der Absorber 2 an ein Rohr angeschlossen ist, in dem koaxial ein Rohr 21 angeordnet ist. Die Rohre 20 und 21 dienen zum Zuführen eines Wärmetransportmediums zum Absorber 2 und zum Abführen des im Absorber 2 erwärmten Mediums, "Die Behälter .12 und 13 stehen mit je einem Kanal 22 bzw. 23 in offener Verbindung, welche Kanäle bei der Beschreibung der Fig. 4 näher erläutert werden.

An dem Rohr 20 sind über Stangen 2k und 25 Spiegel 26 und 27 angeordnet, die auf die Behälter 12 bzw. 13 zugewandt sind. Die Stangen '<tk und 25 sind zur Verstärkung über Verbindungsteile 28 und 2$ mit den starren Leitungen 22 bzw. 23 verbunden.

Die Behälter 12 und 13 sind mit Ausnahme einer sonnenstrahlungabsorbierenden Wand 12a bzw. 13a gegenüber der Umgebung mit Hilfe von Isoliermaterial 30 wärmeisoliert.

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Die Leitungen 22 und 23 sind mit Ausnahme einer sonnenstrahlungabsorbierenden Wand 22a bzw. 23a ebenfalls von wärmeisolierendem Material 31 umgeben.

In Fig. 3» die eine Ansicht auf die Rückseite des Reflektors 1 ist, sind die Einzelteile, die denen aus Fig. 1 und 2 entsprechen, mit denselben Bezugszeichen angegeben.

Fig. 4 zeigt, wie die Leitung 22, von der der Teil 22 biegsam ist, über einen Balg 4θ und eine Stange mit der Kurbel 6 (Fig. 1) gelenkig verbunden ist. Die Leitung 23 mit dem biegsamen Teil 23 ist über einen Balg 42 und eine Stange 41 ebenfalls mit.der Kurbel 6 gelenkig verbunden.

Eine Leitung 43 mit-einem biegsamen Teil 43 ist ' mit einem Ende an die Leitung 22 angeschlossen und mit dem anderen Ende an ein Hochdruckgefäss 44, während eine Leitung 45 mit einem biegsamen Teil 45 mit einem Ende an die Leitung 23 und mit dem anderen Ende ebenfalls an das-Hochdruckgefäss 44 angeschlossen ist.

Die Leitungen 43 und 45 und das Hochdruckgefäss sind ebenfalls von wärmeisolierendem Material 31 umgeben.

Das Hochdruckgefäss 44 ist durch die Trennwände 46 und 47 in drei Räume 48, 49 und 50 aufgeteilt. Die Leitung 43 mündet in einen Balg 51» der . einen Ventilkörper 52 enthält, der die Verbindung zwischen

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den Räumen 48 und 50 freigeben kann. Die Leitung 43 steht weiter über einen'Kanal 53 mit einem Raum 49 in offener Verbindung.

Die Leitung 45 mündet in einen Balg 54, der einen Ventilkörper 55 enthält, der die Verbindung zwisehen den Räumen 48 und 49 freigeben kann. Die Leitung 45 steht weiter über einen Kanal 56 mit dem Raum 50 on offener Verbindung.

Eine Kapillarleitung 57 mit einem grossen Strömungswiderstand für Ueberdrucksicherungszwecke verbindet die beiden Räume 48 und 50·

Im Betrieb sind die Behälter 12 und 13 und das

daran angeschlossene System mit einer Flüssigkeit 58 mit einem grossen kubischen Ausdehnungskoeffizienten 0 , beispielsweise Butylchlorid, unter einem hohen Druck von beispielsweise 100 atü gefüllt. Der hohe Druck wird dadurch erhalten, dass in das Gefäss 44 über einen Hahn 59 ein Gas 60 unter Druck, beispielsweise Luft, gepresst wird.

Das Gefäss 44 ist derart gross bemessen, dass die in der Praxis auftretenden Aenderungen der im Raum 48 vorhandenen Flüssigkeitsmenge 58 keine spürbare Aenderung des Druckes in diesem Raum herbeiführt.

Die Wirkungsweise des Sonnenfolgesystems ist wie

folgt.
Der Einfachheit halber wird von der Situation

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'.".""' ausgegangen, bei der sich, der Reflektor 1 in einer horizontalen Lage befindet und die Sonnenstrahlung ■ι- senkrecht einfällt .

Die durch, ausgezogene Linien bezeichneten senkrecht einfallenden Sonnenstrahlen I und II werden auf

den Absorber 2 konzentriert, während auf die Spiegel 26 ' : und 27 keine direkte Sonnenstrahlung einfällt, weil sie im Schatten des Behälters 12 bzw. 13 liegen. Das Sonnenfolgesystem ist dann in Ruhe.

Wenn infolge der Bewegung der Somie die Strahlung

schräg einfällt (durch gestrichelte Linien bezeichnete Strahlen III und IV) fängt nur der Spiegel 27 unmittelbare ' Sonnenstrahlung auf (Strahl IV) j die zum Behälter 13 .und zum unbedeckten Teil 23a der Leitung 23 reflektiert wird. Die Flüssigkeit 58 im Behälter 13 und im genannten Leitungsteil erwärmt sich dadurch, und dehnt sich, aus mit der Folge, dass der Balg 42 sich nach links bewegt und die Kurbel 6 nach links verschoben wird. Der Reflektor 1 wird auf diese ¥eise um die horizontale Achse 5 gedreht und nimmt die durch, gestrichelte Linien bezeichnete neue Lage ein, in der die Sonnenstrahlung wieder auf dem mitgedrehtenAbsorber 2 fokussiert wird.

Gleichzeitig wird die Druckzunahme in der Leitung über den Kanal 56 und den Raum 50 an der oberen Fläche des Balgs 51 wirksam, wodurch der Ventilkörper 52 in der

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geschlossenen Lage bleibt. Zugleich sorgt die Druckzunahme in der Leitung 45 über den Balg 54 dafür, dass sich der Ventilkörper 55 aufwärts bewegt und die Verbindung zwischen den Räumen 49 und 48 freigibt. Auf diese Weise wird der im Balg 40 für dessen Bewegung nach links zu verdrängenden Flüssigkeitsmenge Gelegenheit gegeben, über die Leitung 43, den Kanal 53 und den Raum 49 zum Raum 48 zu strömen. Erreicht der Reflektor 1 die neue Lage mit Druckausgleich in den Balgen 4O und 42, so fängt der Spiegel 27 nicht langer unmittelbar einfallende Sonnenstrahlung auf. Die Flüssigkeit im Behälter 13 schrumpft und der Balg 54 bewegt sich nach unten, so dass der Ventilkörper 55 wieder die geschlossene Lage einnimmt. Bewegt sich die Sonne in entgegengesetzter Richtung, so fängt der Spiegel 2.6 und dadurch "der Behälter und die Wand 22a Sonnenstrahlung auf. Der Balg 40, die Kurbel 6 und der Balg 42 bewegen sich dann nach rechts, wodurch sich der Reflektor 1 nach links dreht. Dabei bleibt der Ventilkörper 55 in der geschlossenen Lage, während der Ventilkörper 52 die Verbindung zwischen den Räumen und 48 freigibt.

Mit Gegengewichten kann dafür gesorgt werden, dass der Schwerpunkt auf der Drehungsachse 5 liegt, so dass bei jeder Reflektorlage ein stabiles Gleichgewicht entsteht.

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T^ .2.8.77.

Wenn die beiden Ventilkörper $2 und 55 sich, in geschlossener Lage befinden und die Drücke im System (und auf diese Weise in den Räumen 50 und 49) unzulässig hoch, zu werden drohen, beispielsweise bei einem lange Zeit dauernden hohen Umgebungstemperaturpegel, überwindet die Flüssigkeit im System den grossen Störungswiderstand der Kapillarleitung 57 und strömt zum Raum 48. Das System wird auf diese Weise druckentlastet.

Die Behälter 14 und 15 (Fig. 1) sind über ein identisches System mit der Kurbel 11 zur Drehung des Reflektors 1 um die vertikale Achse 9 gekuppelt. Die Wirkungsweise dieses zweiten' Systems entspricht der, wie dies anhand Fig. 4 beschrieben wurde, so dass sich eine Wiederholung erübrigt.

Der Sonnensensor nach Fig. 5 hat einen Behälter 6i mit einer sonnenstrahlungsabsorbierenden Wand 6ia und mit einer Wärmeisolierung 62. Ah den Behälter 61 schliesst sich eine Leitung 63 an. Die unter Druck stehende Flüssigkeit im Behälter 6i ist von der Druckübertragungsflüssigkeit 65 in der Leitung 63 mittels einer beweglichen Wand - aus wärmeisolierendem Material, beispielsweise Kunststoff, getrennt. Die bewegliche Wand 66 ist über einen Balg 67 an der Wand der Leitung 63 befestigt. Der Arbeitsflüssigkeit 64 zugeführte und aus auf die Wand 6ia einfallender Sonnenstrahlung erhaltene Wärme geht nun

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nicht mehr durch Wärmeleitung und die Druckübertragungsflüssigkeit 65 verloren. - .

Der in Fig. 6a und 6b dargestellte Sonnensensor umfasst einen Behälter 70 mit einer somrenstrahlungabsorbierenden Wand 70a, die mit einer schwarzen Schicht aus beispielsweise Nickel- oder Kupferoxyd, die ein grosses Absorptionsvermögen für Sonnenstrahlung hat, bedeckt ist. Eine derartige schwarze Schicht 71 kann zugleich ein geringes Emissionsvermögen für Wärmestrahlung

10- aufweisen. Der Behälter 70 weist eine Oeffnung 72 auf, an die eine nicht dargestellte Leitung für das Druck— Übertragungsmedium angeschlossen ist. Der Behälter 70 ist in einer evakuierten Glashülle 73 untergebracht, die teilweise in wärmeisolierendes Material Jk gehüllt ist, ' die aber auf der Unterseite ein Eintrxttsfenster 73a für Sonnenstrahlung aufweist.

Die Glashülle 73 ist an der Innenseite über mehr als die Hälfte des Umfanges mit einer Spiegelschicht beispielsweise aus Aluminium, versehen. Auf dem unteren Teil der Hülle 73 ist auf der Innenseite- eine Schicht angebracht, die Sonnenlicht (Tt = 0,3- - 2"/um) durchlässt, aber Wärmestrahlung (7\ = 3 - 30 /um) reflektiert, beispielsweise eine Zinnοxydschicht oder eine mit Zinn dotierte Indiumoxydschicht. Die Spiegelschicht 75 reflektiert Strahlung zum Behälter 70, während die Schicht 76 die

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im Betrieb durch, die Schicht 71 ausgestrahlte Wärmestrahlung . zu dieser zurückwirft.

Der Sonnenkollektor nach Fig* 7 umfasst einen länglichen Tieflektor 80 mit parabolischem Querschnitt (parabolischer Trog), der um eine horizontale Achse 81 (die mit der Brennlinie des Trogs zusammenfällt) auf den

"..... Unterstützungen 82 und 83 drehbar angeordnet ist. Fest angeordnet in der Brennlinie ist ein länglicher Absorber mit Zu- und Abfuhr 85 bzw. 8.6 für ein Wärmetransportmedium.

TO Parallel zum Absorber 8k sind auf beiden Seiten des parabolischen Trogs 80 längliche Behältersensoren 87 und befestigt, die einen Teil des Sonnenfolgesystems bilden, wie in Fig. 8 dargestellt ist.

Fig. 8 zeigt, wie der Behälter' 87 über eine zum Teil flexible Leitung 90 mit einem zyllnderförmigen Gehäuse 91 und über biegsame Leitungen 92 und 93 mit einem Regelelement ^k verbunden ist. Der Behälter 88 ist über eine zum Teil biegsame Leitung 95 mit einem zyl.ind.erfÖrmigen Gehäuse 96 und über biegsame Leitungen 97 und 98 mit dem Regelelement yh verbunden.

Der Behälter 87 hat eine sonnenstrahlungabsorbierende Wand 87a, die mit einem Spiegel 99 zusammenarbeitet, ■während der Behälter 88 eine sonnenstrahlungabsorbierende Wand 88a hat, die mit einem Spiegel 100 zusammenarbeitet.

' Im übrigen sind die Behälter 87 und 88 wärmeisoliert

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(87b bzw» 88b). Im zylinderförmigen Gehäuse 9I ist ein Kolben 101 hin- und herbeweglich und im zylinderförmigen Gehäuse 96 ein Kolben 102. Beide Kolben 101 und 102 sind über eine Stange 103 mit einer Kurbel 10^, die am oberen Ende mit dem Reflektor 80 fest verbunden ist, gelenkig verbunden.

Das Regelelement Jk umfasst ein zylinderförmiges Gehäuse 105, in dem ein kolbenförmiger Körper I06 hin- und herbewegbar ist, auf dessen beiden Seiten schlaffe Federn 107 und 108 vorhanden sind, die den Körper I06 normalerweise in der mittleren Lage halten.

Gegenüber Oeffnungen 109 und 110 in der Wand des Gehäuses 105» an welche Oeffnungen die Leitungen 92 und 97 angeschlossen sind, liegen Oeffnungen 111 und 112, die über eine Leitung 113 mit einem Hochdruckgefäss 114 konstanten Drucks verbunden sind. Die Kammer 1I5 im Gehäuse 105 ist über ein federbelastetes Rückschlagventil und die Kammer II6 über ein federbelastetes Rückschlagventil 118 an die Leitung 113 angeschlossen. Beide Rückschlag- ventile öffnen sich in Richtung der Leitung 113- Ini kolbenförmigen Körper I06 ist ferner ein Kanal 120 vorgesehen.

Das Hochdruckgefäss 114 ist über eine Leitung 121, in die ein Hahn 122 aufgenommeji ist, an einen Kompressor angeschlossen, mit dessen Hilfe der Gasdruck im Gefäss

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einstellbar ist.

Im Betrieb ist das Sonnenfolgesystem wieder mit einer Flüssigkeit"mit einem grossen kubischen Ausdehnungskoeffizienten Q , beispielsweise Azeton, unter hohem Druck von beispielsweise 75 ata gefüllt.

Die Wirkungsweise des Sonnenfolgesystems ist wie folgt. Bei senkrechtem Einfall von Sonnenstrahlung (ausgezogene Linien V und Vl) auf den horizontal angeordneten Reflektor 80 wird die Strahlung auf den Absorber 8k fokussiert; auf die Spiegel 99 und 100, die im Schatten der Behälter 87 bzw. 88 liegen, fällt keine direkte Sonnenstrahlung. Bewegt sich die Sonne von links nach rechts, so fällt Sonnenstrahlung (gestrichelte Linie VIl) unmittelbar auf den Spiegel 100, während der Spiegel 99 im · Schatten des Behälters 87 bleibt (gestrichelte Linie Viii). Da nunmehr die Flüssigkeit im Behälter 88 durch die vom Spiegel 100 herrührende Strahlung erwärmt wird und sich dadurch ausdehnt, werden der Kolben 102 und der kolbenförmige Körper 106 nach links verschoben. Die Kurbel 1θ4 bewegt sich ebenfalls nach links, wodurch der Reflektor - in Richtung des Strahles VII gedreht wird," während der kolbenförmige Körper 106 die in Fig. 8a dargestellte Lage einnimmt.

Die im Zylinder 91 und in der Kammer 115 verdrängte Flüssigkeit strömt über die Leitung 92, die Oeffnung 109, den Kanal 120, die Oeffnung 111 und die

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Leitung 113 zum Hochdruckgefäss 114, während die Oeffnung und damit die Leitung 97 abgeschlossen bleiben. Sobald der Reflektor· 80 die neue fokussierende Lage eingenommen hat mit einem Druckgleichgewicht in den Zylindern 91 und 96, fängt der Spiegel 100 nicht langer unmittelbar einfallende Sonnenstrahlung auf. Die Flüssigkeit im Behälter 88 kühlt ab und der kolbenförmige Körper 106 verschiebt sich langsam nach rechts, so dass die Oeffnung I09 allmählich wieder geschlossen wird, während inzwischen Flüssigkeit aus dem Gefäss 114 über die Leitung II3, die Oeffnung 111, den Kanal 120, die Oeffnung 109 und die Leitung 9² zur Kammer strömt .

Die schlaffen Federn 107 und.-108 sorgen für die richtige Mittellage des Körpers I06 (Fig. 8) .' Bewegt sich die Sonne von rechts nach links, so erhält der Behälter 87 über den Spiegel 99 Sonnenstrahlung. Der Kolben 101, die Kurbel 104, der Kolben 102 und der Körper 106 werden dann nach, rechts verschoben· Dabei bleibt die Oeffnung 109 geschlossen, während die Oeffnung über den Kanal 120 mit der Oeffnung 112 in offene Verbindung ■ gelangt, so dass aus dem Zylinder 96 und der Kammer verdrängte Flüssigkeit über die Leitung 97» den Kanal und die Leitung 113 zum Vorratsgefäss 114 strömen kann. Mit Gegengewichten kann wieder dafür gesorgt werden, dass bei jeder Reflektorläge, ein stabiles Gleich-

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gewicht herrscht.

Wird in der in Fig. 8 dargestellten Lage des Körpers 106 der Druckpegel in den Behältern 87 und 88 und in den Leitungen 90, 92, 93.» 95, 97 und 98 simultan unzulässig hoch, so öffnen sich die federbelasteten Rückschlag-

■ ".":,.".- ventile 117 und 118 und es kann Flüssigkeit ,zum Gefäss 114 strömen, so dass das System druckentlastet wird.

Der Sonnenkollektor nach Fig. 9 entspricht im wesentlichen dem nach Fig. 1. Für entsprechende Teile sind

TO dieselben Bezugszeichen vermehrt um die Zahl 200 verwendet worden.

Der Reflektor 201 ist um eine horizontale Achse und eine vertikale Achse 209, die beide durch den Fokus des Reflektors gehen, drehbar. In dem Reflektor ist der

1.5. Absorber 202 getrennt vom Reflektor ortsfest angeordnet.

Ueber ein Verdampfungs-Kondensationssystem (eine verdampfbare Flüssigkeit, wie Wasser, enthaltendes Rohr) 220 ist der Absorber mit einer wärmeverbrauchenden Vorrichtung (beispielsweise einem Heissgasmotor) oder einem Wärmespeicher 221, der auf einem höheren Pegel als der Absorber angeordnet ist, thermisch verbunden.

Durch den Verdampfungs-Kondensationsprozess erhält man eine grosse Wärmeübertragungskapazität. Da der Wärmeverbraucher 221 auf einem höheren Pegel als der Absorber 202 liegt, kann der Wärmeverbraucher 221 in

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ab

vernaltnismässig grossem Abstand vom Absorber angeordnet werden, ohne dass Hilfsmittel verwendet werden. Denn der an der Stelle des Absorbers 202 gebildete Dampf strömt automatisch, in Richtung des Wärmeverbrauchers 221 , wo<.· die Temperatur und der Druck im System 220 niedriger sind, während nach Abgabe der Verdampfungswärme an den Wärmeverbraucher 221 das Kondensat unter dem Einfluss der. Schwerkraft zum Absorber 202 zurückströmt. Auf einfache Weise

werden so räumliche Anordnungsprobleme vermieden.

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Claims

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PATENTANSPRUECHE:

η) Sonnenkollektor mit einem um mindestens eine Achse dx-ehbaren, auf einem Rahmen angeordneten fokussierenden Reflektor, der mit mindestens einem Verstellmechanismus zur Drehung des Reflektors um die genannte Achse verbunden ist, einem Absorber zum Empfangen der vom Reflektor konzentrierten Sonnenstrahlung und Sonnenfolgemitteln mit mindestens einem Paar Sonnensensoren, die einander gegenüber an verschiedenen Seiten des Reflektors befestigt sind und im Betrieb den Verstellmechanismus zur Beibehaltung einer der Fokussierung der Sonnenstrahlung auf den Absorber entsprechenden Reflektorlage in entgegengesetztem Sinne beeinflussen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der Sonnensensoren aus einem Behälter (i2-15j 61; 70; 87; 88; 212-215) mit mindestens einer sonnenstrahlungabsorbierenden Wand (I2a, 13a; 6ia; 70a; 87a, 88a) besteht, in welchem sich ein Hochdruckarbeitsmedium (585 6h) befindet, dessen thermische Ausdehnung der an der betreffenden sonnenstrahlungabsorbierenden Behälterwand eintreffenden Sonnenstrahlungsmenge proportional ist, wobei jeder Behälter (i2, 13; 61; 87» 88) über einen ein Druckübertragungsmedium (58; 65) enthaltenden ersten Kanal (22, 23; 63; 90, 95) mit dem Verstellmechanismus (41, 6; 103» 10*1·) und über einen mit dem ersten Kanal in offener Verbindung stehenden ebenfalls

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ORIGINAL INSPECTED

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Druckübertragungsmedium enthaltenden zweiten Kanal (43, 53, 49; 45, 56, 50; 92, H3r 97, 113) mit einer Quelle eines Hochdruckmediums unter konstantem Druck (44; 114) verbunden ist, wobei in die zweiten Kanäle ein oder mehrere durch die Hochdruckarbeitsmedien gesteuerte Absperrelemente (52, 55, 94) derart aufgenommen sind, dass bei einem bei einer von der gewünschten Lage abweichenden Reflektorlage auftretenden Unterschied in der Ausdehnung zwischen den beiden Arbeitsmedien nur die Verbindung zwischen der Quelle (44; 114) des Hochdruck— mediums unter konstantem Druck und dem ersten Kanal, in dem der niedrigere Druck herrscht, freigegeben wird. 2. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass von jedem Behälter -(i2, 13; 87, 88) die sonnenstrahlungabsorbierende Wand (i2a, 13a; 87a, 88a) von der Richtung, in der die fokussierende Reflektorwand (1; 8o) liegt abgewandt ist und Jedex" sonnenstrahlungabsorbierenden Behälterwand ein in dieselbe Richtung wie die fokussierende Reflektorwand gerichtetes reflektierendes Element (26, 27; 9^, 100) zugeordnet ist, um bei einer von der gewünschten Lage abweichenden Reflektorlage Sonnenstrahlung zu der betreffenden sonnenstrahlungsabsorbierenden Behälterwand selektiv zurückzuwerfen (Fig. 2, 4, 8).

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3. Sonnenkollektor nach. Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Hochdruckmedium (58; 64), das Druckübertragungsmedxum {65) und das Hochdruckmedium in der Quelle (44; 114) ein und dieselbe Flüssigkeit ist.
4. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, 2 oder 3_S dadurch gekennzeichnet, dass das Hochdruckmedium (64)-und das Druckübertragungsmedium (65) durch eine bewegliche Zwischenwand (66) aus wärmeisolierendem Material voneinander getrennt sind (Fig. 5) .
5· Sonnenkollektor nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussenoberfläche der sonnenstrahlungabsorbierenden Behälterwand (7Oa) mit einer schwarzen Schicht (71) mit einem Absorptionsvermögen für Sonnenstrahlung Ck 5 0,9, versehen ist (Fig. 6a, 6b).
6. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, 2, 3» 4 oder 5* dadurch gekennzeichnet, dass jeder Behälter (12-15}- 6-1? 70; ■87,"-885 202-215) wenigstens ausserhalb der sonnenstrahlungabsorbierenden ¥and (i2a, 13a; 6ia; 70aj 87a, 88a) gegenüber der Umgebung wärmeisoliert ist (30» 31» 62; 73, 74; 87b,.88b).
7* Sonnenkollektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter (70) in einer evakuierten Hülle (73) mit einem gegenüber der sonnenstrahlungabsorbierenden Wand liegenden transparenten Eintrittsfenster (73a) angeordnet ist (Fig. 6a, 6b).

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8. Sonnenkollektor nach. Anspruch 7s dadurch gekennzeichnet, dass das Eintrittsfenster (73a) mit einer lichtdurchlässigen, infrarotreflektierenden Schicht (76) versehen ist.
9· Sonnenkollektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der von der sonnenstrahlungabsorbierenden Wand (70a) abgewaridte Teil der Hülle (73) mit einer reflektierenden Schicht (75) versehen ist.
10. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, 2, 3» ^j 5, 6, 7» 8 oder 9> dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Kanäle und die Quelle eines Hochdruckmediums unter konstantem Druck gegenüber der Umgebung wärmeisoliert sind (31; 62). (Fig. 4; 5).
11. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, 2,3» ^s 5> 6, 7, 8, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drucksicherungsvorrichtung (57; 117) 118) vorhanden ist, die beim Ueberschreiten eines bestimmten in den beiden ersten~ Kanälen simultan auftretenden Druckpegels eine Abfuhr von Druckübertragungsmedium auf den genannten ersten Kanälen ermöglicht (Fig. h; 8).
12. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, 2, 3_S ^-> 5» 6, 7, 8, 9> 10 oder 11, wobei der Reflektor um mindestens eine Achse durch den fest angeordneten Absorber drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Absorber (202) über ein durch einen Verdampfungs-Kondensationszyklus Wärme transportierendes System (220) mit einer auf einem höheren Pegel als der Absorber angeordneten wärmespeichernden oder wärmeverbrauchenden Vorrichtung (221) verbunden ist (Fig. 9)·

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