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Sonnenenergie-Gewinnung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Auffangen, Umformen und Nutzen
von Sonnenstrahlungs-Energie und Vorrichtungen zur Ausübung dieses Verfahrens.
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Das Verfahren kennzeichnet sich zunächst dadurch, dass man die Lumen
von fadenförmigen Kapillaren, welche in übereinanderliegenden Schichten gestapelt
sind, so von Fluiden (Gase und/oder Flüssigkeiten) durchströmen lässt, dass diese
Fluiden innerhalb der übereinanderliegenden Schichten von Kapillaren (im folgenden
"Schichtung" genannt) von der der Sonne zugewandten Fläche der Schichtung zu der
der Sonne abgewandten Fläche fliessen, und dass man die Schichtung der Sonnenstrahlung
aussetzt.
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Dabei wird einerseits die in die Schichtung eingestrahlte Sonnenenergie
von den fadenförmigen Kapillaren und von den in ihnen fliessenden Fluiden absorbiert
und mittels der Fluiden zu der der Sonne abgewandten Fläche der Schichtung transportiert.
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Ausserdem üben dabei die fadenförmigen Kapillaren und die in ihnen
fliessenden Fluiden eine Absorption der von erwärmten Kapillaren der Schichtung
in die Schichtung abgestrahlten langwelligen Infrarotstrahlung aus.
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Auch diese absorbierte Wärmestrahlungsenergie wird durch die Fluiden
zu der der Sorte abgewandten Fläche der Schichtung transportiert.
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Weiterhin werden in analoger Weise die innerhalb der Schichtung durch
Wärmeleitung zwischen aneinanderliegenden, erwärmten Kapillaren der einzelnen Schichten
abgegebenen Wärmemengen und/oder durch das diese Kapillaren umgebende Medium weitergeleiteten
Wärmemengen und die durch allfällige Wärmekonvektion innerhalb dieses Mediums von
erwärmten Kapillaren abgegebenen Wärmemengen mittels der Kapillaren der Schichtung
und der in ihnen fliessenden Fluiden aufgefangen und von den Fluiden zu der der
Sonne abgewandten Fläche der Schichtung transportiert.
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Der primäre und die sekundären Absorptionsprozesse der Strahlungsenergie
und die Auffangprozesse von durch Leitung und Konvektion abgeleiteter Wärme ergeben
im Betriebs falle einen Gleichgewichtszustand, bei welchem innerhalb der Schichtung
ein Temperaturgradient mit steigender Temperatur in Richtung der der Sonne abgewandten
Fläche der Schichtung vorliegt.
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Die fadenförmigen Kapillaren sind mit den sie durchströmenden Fluiden
vorzugsweise über den gesamten wirkenden Spektralbereich (also vom langwelligen
Ultraviolett der Sonneneinstrahlung bis zum langwelligen Infrarot der Rückstrahlung
der erwärmten Kapillarenschichten) absorptionsfähig ausgebildet.
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Man erreicht dies beispielsweise durch Färbung des Kapillarenwerkstoffes
und/oder der Fluiden (beispielsweise mit Metallkomplex-Verbindungen, eingelagerten
Pigmentkörpern usw.).
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Die Kapillaren sind einschliesslich ihrer Fluidenfüllung in ihren
absorbierenden Eigenschaften so ausgestaltet, dass praktisch die gesamte Tiefe der
Schichtung am Absorptionsvorgang beteiligt ist. Eine besonders wertvolle Variante
liegt dann vor, wenn die Schichtung in Richtung der Sonneneinstrahlung für die der
Sollneneinstrahlung zugehörigen Frequenzen ein örtlich veränderliches Absorptionsvermögen
innerhalb der Schichtung aufweist, insbesondere so, dass es sich von der der Sonne
zugewandten Fläche zur abgewandten Fläche der Schichtung ständig verstärkt. Man
kann dies erreichen, wenn man den Kapillaren von Schicht zu Schicht verschiedene
Einfärbungsgrade erteilt. -Das beschriebene Verfahren stellt eine Art flächiges
Wärmetauscher-Prinzip mit licht- und wärmeabsorbierenden Eigenschaften des Wärmetauschers
dar, welcher die vorteilhafte Eigenschaft hat, trotz hoher Temperatur seiner der
Sonne abgewandten Fläche eine niedrige Temperatur und somit ein minimales Rückstrahlungsvermögen
im langwelligen Infrarot an seiner der Sonne zugewandten Oberfläche aufzuweisen.
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Infolge dieser Eigenschaft ist an der der Sonne zugewandten Fläche
der Schichtung keine oder höchstens eine (vor allem staub- und wetterschützende)
strahlungsdurchlässige Schutzschicht erforderlich, deren Werkstoff relativ geringe
Temperaturfestigkeit aufzuweisen braucht.
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Der Werkstoff dieser Schutzschicht kann Glas, oder vorteilhafterweise
eine lichtdurchlässige und wetterbeständige Folie, (beispielsweise aus Polycarbonat,
Polymethacrylat oder insbesondere aus Polyvinylfluorid), sein. -Infolge der hochwertigen
Eigenschaften dieses absorbierenden Wärmetauschers können äusserst hohe Temperaturen
auf seiner der Sonne abgewandten Fläche erzielt werden. Diese Fläche kann durch
eine analoge, spiegelbildlich verkehrt ausgestaltete zweite Schichtung oder durch
eine Isolationsfläche (beispielsweise aus Glas- oder Mineralwolle) zur Aussenwelt
abgeschirmt sein. Im Falle der unten beschriebenen Variante einer spiraligen Wicklung
der Schichtung ist die Abschi.rmung der heissen Fläche der Schichtung von der Aussenwelt
durch die Schichtung selbst gegeben.
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Ein wesentliches Merkmal des Verfahrens und der Vorrichtung besteht
weiterhin darin, dass die fadenförmigen Kapillaren der Schichtung aus einem spinnfähigen,
anorganischen Werkstoff, insbesondere aus Glas oder Quarz gebildet sind und insbesondere
mit Verstreckungsvorgängen hergestellt worden sind.
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Verspinnungsverfahren zur Herstellung derartiger für die Schichtung
erforderlicher fadenförmiger Kapillaren aus anorganischen Werkstoffen sind Gegenstand
einer anderen Patentanmeldung. Mit ihnen sind fadenförmige Kapillaren in einer äusserst
wirtschaftlichen und präzisen Weise herstellbar.
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Damit lassen sich die Schichtungen im Sinne der vorliegenden Erfindung
äusserst ökonomisch und in sehr grossen Flächen erzeugen, auch dann, wenn die Schichtungen
zwecks Realisierung optimaler Absorptionseigenschaften grössere Dicken aufweisen.
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Der Aussendurchmesser der fadenförmigen Kapillaren liegt vorzugsweise
unter 1 mm.
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Vorzugsweise ist der Quotient von Wandstärke der Kapillaren zu ihrem
Aussendurchmesser gleich oder kleiner als 1 : 4.
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Die Höhe der Schichtung beträgt vorteilhafterweise mindestens 5 mm.
(Bei Verwendung fadenförmiger Kapillaren mit einem Aussendurchmesser von 0,2 mm
Dicke liegen dann ca. 25 Lagen von Kapillarenschichten vor.) Die die fadenförmigen
Kapillaren der Schichtung durchfliessenden Fluiden können Gase, Wasser, Silikonöle
oder dergleichen sein.
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Das die fadenförmigen Kapillaren innerhalb der Schichtung umgebende
Medium kann ein Gas (beispielsweise CO2 oder Luft), eine Flüssigkeit und/oder auch
ein fester Körper sein. Nur im Falle des festen Mediums finden die im obigen erwähnten
Konvektionen nicht statt.
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Die Kapillaren sind innerhalb der Schichten vorzugsweise nebeneinanderliegend
mit in den Schichten liegenden Achsrichtungen angeordnet.
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Von Schicht zu Schicht können die fadenförmigen Kapillaren parallel
zueinander oder auch gekreuzt zueinander angeordnet sein, wobei die letztere Anordnung
punktförmiges Aneinanderliegen der fadenförmigen Kapillaren innerhalb der Schichtung
gewährleistet.
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Trotz der dabei vergleichsweise lockeren Legung der fadenförmigen
Kapillaren innerhalb der Schichtung ist in Richtung der Sonneneinstrahlung gesehen
eine dichte Ueberdeckung der fadenförmigen Kapillaren gegeben. Das resultiert aus
der Vielzahl der übereinanderliegenden Kapillarenschichten.
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Die Schichtung kann aus parallel zueinanderliegenden praktisch ebenen
Schichten bestehen. Die Schichten der Schichtung können aber auch mit einem bevorzugten
Ausführungsfall spiralig aufeinander gewickelt sein.
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Eine Schicht der Schichtung kann aus einer eindimensionalen Aneinanderreihung
nebeneinanderliegender Kapillaren oder Kapillarenstränge bestehen.
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Die fadenförmigen Kapillaren der Schichtung sind mit ihren Enden einzeln,
oder zu Gruppen zusammengefasst und durch Eindichtung in entsprechende Oeffnungen
an Sammelräume angeschlossen, welche für den Zu- und Abtransport des durchströmenden
Fluidums vorgesehen sind.
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Die Eindichtung der Kapillarenenden in die Zu- oder Abführungsräume
kann mit einem Giessharz (z.B. Epoxid- oder Polyimidharz), oder einem Silikonkautschuk
erfolgen.
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Anstelle dieser organischen Eindichtungsmaterialien sind jedoch auch
anorganische, wie z.B. Phosphatzement, schmelztechnisch eingetragene Lotgläser oder
auch vergossene Metalle verwendbar. Vorzugsweise sind die Enden der fadenförmigen
Kapillaren (beispielsweise galvanisch) metallisiert, sodass ein nachfolgender Verguss
mit einem abdichtenden Metall gute Haftfestigkeit an der Kapillarenoberfläche ergibt.
Auch eine lageorientierte Eindringtiefe des abdichtenden Vergussmetalles im Gesamtkapillarenbüschel
ist damit realisiert, da man die vorhergehende Metallisierung der Kapillarenendenoberfläche
auf genau definierte Längen ausführen kann und nur dort eine Benetzung mit dem nachfolgend
zu vergiessenden Metall gegeben ist.
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Innerhalb der Schichtung kann vorzugsweise jede Kapillare vom Zuführungsraum
bis zum Abführungsraum aus einer einzigen zusammenhängenden Länge gebildet sein.
Es liegen also dann durchgehende Kapillarenstränge vor.
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Die Kapillaren oder Kapillarenstränge können innerhalb der Schichten
oder Schichtung ring- oder schleifenförmig verlegt sein (siehe Figuren 1 und 2).
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Eine besondere Ausführungsart besteht darin, dass die fadenförmigen
Kapillaren bzw. Stränge aus fadenförmigen Kapillaren parallel nebeneinanderliegend
spiralig und/oder schraubenlinienförmig auf ein Rohr aufgewickelt sind, welches
seinerseits als Abführungsraum für das Fluidum verwendet wird.
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(Siehe Figur 3). Die Rohrumwicklung aus Kapillaren oder Kapillarensträngen
kann zusätzlich eine Kreuzlegung aufweisen, sodass sich innerhalb der Schichtung
kreuzpunkte von übereinanderliegenden Kapillaren oder Kapillarensträngen ausbilden
(siehe Figur 4).
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Es ist möglich, als Zuführungsraum für das Fluidum ein zweites Rohr
anzuordnen, welches parallel zum Abführungsraum-Rohr liegt, welches seinerseits
die wickelförmige Schichtung trägt. (Siehe Fig. 6). Das Zuführungsrohr liegt vorzugsweise
in Sonneneinstrahlungsrichtung gesehen hinter dem die Schichtung tragenden Abflussrohr.
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Innerhalb einer Gesamtanlage können mehrere derartige Rohrpaare aneinandergereiht
werden (siehe Fig. 7).
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Es ist jedoch auch möglich, das die Schichtung tragende Abführungsraum-Rohr
in der Brennlinie eines vorzugsweise parabolisch ausgebildeten Sonnenstrahlungs-Kollektors
anzuordnen (siehe Fig. 8). Durch ihn wird die Sonneneinstrahlung verstärkt auf die
wickelförmige Schichtung reflektiert, womit infolge der Wirkungsweise der Schichtung
ausserordentlich hohe Temperaturen auf der der Sonneneinstrahlung abgewandten Fläche
der Schichtung (also auf der Oberfläche und damit im Innern) des Abführungs-Rohres)erzielt
werden. -Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Schichtung, also des wärmeabsorbierenden
Wärmetauscher* ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtung aus übereinandergelegten
Schichten von Kapillaren besteht, wobei jede Schicht
(in Fliessrichtung
gesehen) an ihrem Ende mit dem Anfang der (in Richtung der Sonneneinstrahlung gesehen)
darunterliegenden Schicht durch Sammelräume verbunden ist.
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Schliesslich kennzeichnet sich eine wiederum andere bevorzugte Ausgestaltung
der Schichtung dadurch, dass sie aus einer Schicht von Kapillaren besteht, welche
scheibenförmig ausgestaltet ist und innerhalb dieser Scheibe eine schraubenflächenförmige
Geometrie aufweist, wobei die Kapillaren in schraubenflächenförmiger Anordnung schichtenweise
übereinanderliegen. Die scheibenförmige Ausgestaltung dieser schraubenflächenförmigen
Kapillarenschicht kann in ihrer Draufsicht gesehen rund, oval oder rechteckig mit
abgerundeten Ecken sein. Diese Geometrie ist in Fig. 11 für den Fall mit abgerundeten
Ecken dargestellt. Derartige schraubenflächenförmige Anordnungen haben für die gesamte
Schichtung einen einzigen Verteilerraum für die Eingabe des Fluidums in die Kapillarenschicht
und einen einzigen Verteilerraum für die Abführung des erhitzten Fluidums aus der
Kapillarenschicht.
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Die Fluiden, welche in der oben beschriebenen Weise nach Passieren
der Schichtung erhitzt worden sind, können über einen oder mehrere äussere Wärmetauscher,
insbesondere Gegenstromwärmetauscher, zu einem Kreislauf geschaltet werden dergestalt,
dass die Fluiden nach Passieren des oder der äusseren Wärmetauscher in die der Sonneneinstrahlung
zugewandten (kalten) Fläche der Schichtung einfliessen, die Schichtung in der beschriebenen
Weise unter Absorptions- und Wärmesammelvorgängen durchlaufen und wieder in den
oder die äusseren Wärmetauscher eintreten.
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Für die Aufrechterhaltung dieses Kreislaufes können Pumpen sorgen.
Infolge der Vielzahl der Kapillaren innerhalb einer Schichtung ist der Widerstand
der Fluiden innerhalb der gesamten Anordnung von Kapillaren gering. -Die nutzbringenden
Wärmemengen können den äusseren Wärmetauschern entnommen werden. Insbesondere ist
diesen Wärmetauschern ein Gegenstromkreislauf für das in Kraftmaschinen (z.B. Kondensations-Dampfturbinen)
arbeitende Arbeitsfluidum zugeordnet.
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Während des Durchlaufens des Arbeitsfluidums durch den äusseren Wärmetauscher
kann ein isobarer Teilabschnitt eines Kreislaufprozesses ablaufen. Die Kühlung beim
Kondensations-Abschnitt des Kreislauf-Prozesses kann in bekannter Weise durch äussere
Wärmetauscher (Speisung z.B. durch Meereswasser) erfolgen.
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Mit dem Verfahren der Erfindung ist die Gewinnung Von Wärme durch
Sonneneinstrahlung mit Temperaturen weit 0 über 100 C zu erzielen. Das gibt zusätzlich
zu dem optimalen Absorptionsverhalten der Schichtung einen so hohen thermodynamischen
Wirkungsgrad, dass eine wirtschaftliche Erzeugung von elektrischer Energie oder
sogar die wirtschaftliche Gewinnung von Wasserstoff (beispielsweise durch elektrolytische
Spaltung des Wassers) realisierbar sind.
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Das beschriebene Verfahren und die zugehörigen Vorrichtungen eignen
sich jedoch auch vorzüglich für Gegenden mit geringerer Sonneneinstrahlung zur Wärmegewinnung
in Temperaturbereichen unterhalb 100 OC -Die Kapillaren der oben beschriebenen Schichtungen
können auch Mäntel aufweisen, deren Eigenschaften ein verstärktes Reflexionsvermögen
im langwelligen Infrarot besitzen.
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Dies kann beispielsweise erzielt werden durch Beschichtung der Kapillarenmäntel
mit Indiumoxid. Derartige Wärmereflexionsfilter sind an sich bekannt, erreichen
aber in Kombination mit den im obigen beschriebenen Merkmalen eine wesentliche Wirkungsverbesserung.
-Ein weiteres Merkmal der Erfindung kennzeichnet sich dadurch, dass man unter den
beschriebenen Schichtungen mit der beschriebenen wärmeaustauschenden Absorptionsfähigkeit
landwirtschaftlichen Pflanzenbau betreibt. Die Schichtungen geben den für diese
landwirtschaftliche Nutzung erforderlichen Schatten.
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Die Kombination dieser beiden Faktoren: Sonnenenergiegewinnung nach
den beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen mit darunterliegender, im Schatten
der Schichtung auszuführender Pflanzenproduktion ist ein wesentliches und besonderes
Merkmal der Erfindung. -
Selbstverständlich können derartige hier
beschriebene Absorbersysteme auch dafür verwendet werden, mit der gewonnenen Wärme
Verdampfersysteme zur Kältegewinnung zu beheizen.
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Die Figuren zeigen Beispiele der beschriebenen Vorrichtungen.
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Sie sind der Uebersichtlichkeit wegen massstäblich verzerrt dargestellt.
Kapillarenstränge sind zudem nur als Linien dargestellt.
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Die Figuren und ihre Beschreibungen geben weitere Merkmale der Erfindung
bekannt.
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Figur 1 zeigt eine Schicht, welche aus örtlich versetzt übereinandergelegten,
zusammenhängenden, ringförmigen Schlaufen besteht, die ihrerseits aus fadenförmigen
Kapillaren oder Strängen aus fadenförmigen Kapillaren 1 (beides als Linien dargestellt)
gebildet sind..Ein Strang kann aus vielen nebeneinanderliegenden fadenförmigen Kapillaren
gebildet sein.
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Die Fluiden können beispielsweise in der durch die Pfeile F gezeigten
Richtung durch diese Schicht fliessen.
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Man kann derartige Schichten mehrfach übereinanderlegen und miteinander
verbinden.
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In Figur 5 ist eine derartige Uebereinanderlegung von vier Schichten
gezeigt, wobei die Verbindung der Schichten durch die Kapillaren bzw. Kapillarenstränge
1 selbst herbeigeführt ist, indem die Kapillaren oder Kapillarenstränge durchgehend
Schicht
für Schicht durchlaufen.
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In Figur 5 ist durch die Pfeile S die Richtung der Sonneneinstrahlung
dargestellt. Eine strahlungsdurchlässige Schutzschicht 2 (Folie oder Glasschicht)
schützt das Paket der vier Schichten, welches auf einer Isolierschicht 3 ruht, die
ihrerseits auf dem Erdboden aufliegen kann, oder ein Dach bildet. Die Isolierschicht
3 kann noch eine Reflexionsschicht (in der Zeichnung nicht dargestellt) tragen,
welche in der Lage ist, insbesondere Infrarotstrahlung in die Schichtung zurück
zu reflektieren.
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Die unter der Schichtung liegende Isolationsschicht 3 kann ersetzt
werden durch eine komplementär arbeitende Schichtung, dergestalt, dass ein zweiter
Fluidumskreislauf durch diese untere Schichtung fliesst, wobei von der untersten
Schichtung der Kapillaren (oder Kapillarenstränge) das Fluidum zur Berührungsfläche
der beiden Schichtungen fliesst und ebenfalls Wärmeabsorptionsvorgänge im obigen
Sinne ausführt. An der mittleren Berührungsfläche der beiden aneinanderliegenden
Schichtungen fliessen dann zwei erhitzte Fluiden ab und an den äusseren Schichten,
(also der obersten und untersten), des Schichtungsdoppelpaketes kalte Fluiden ein.
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Dieser Ersatz einer Isolationsschicht 3 durch eine komplementär arbeitende,
als wärmeabsorbierender Wärmetauscher arbeitende Zusatzschichtung kann auch in anderen
Ausführungsbeispielen, wie in Figur 5 dargestellt, angewendet werden. Beispielsweise
im Falle der Figuren 11 oder 12.
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Siehe dazu Figuren 13 oder 15.
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Figur 2 zeigt wie Figur 1 eine einzige Schicht von Kapillaren (oder
Kapillarensträngen) 1, welche hier nicht ringförmig, sondern schlaufenförmig gelegt
sind. Auch eine solche Schicht kann in der der Figur 5 entsprechenden Weise mehrfach
übereinandergelegt und verbunden sein.
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Figur 3 zeigt den Schnitt durch eine spiralige Aufwicklung einer Schar
von Kapillaren (oder Kapillarensträngen) 1 auf einem Rohr 5, welches gleichzeitig
als Abführungsraum für das erhitzte Fluidum dient. Die Kapillaren oder Kapillarenstränge
1 sind in Oeffnungen 6 des Rohres 5 eingedichtet.
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Die Pfeile F zeigen wiederum die Strömungsrichtung des Fluidums an.
Vom Innenraum 5 r des Rohres 5 kann das erhitzte Fluidum summarisch abgeführt werden.
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Es ist möglich, die Kapillaren oder Kapillarenstränge 1 parallel zueinander,
(wie bei einer Webkette angeordnet), spiralig auf das Rohr 5 zu wickeln.
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Es ist auch möglich, bei dieser Umwicklung eine übergeordnete Kreuzlegung
auszuführen, die in Figur 4 mit zwei Schichten einer einzelnen gewickelten Kapillare
(oder Kapillarenstrang) 1 dargestellt ist. Dabei berühren sich die übereinanderliegenden
Kapillaren oder Kapillarenstränge einzeln und punktförmig. Statt einer Kapillare
(oder einem Kapillarenstrang), wie in Figur 4 dargestellt, lassen sich auch viele
nebeneinanderliegende Kapillaren oder Kapillarenstränge spiralig und kreuzweise
auf ein Rohr 5 aufwickeln.
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Im Falle der Figuren 3 und 4 strahlt der heisse Fluidums-Abführungsraum
5' langwelliges Infrarot in die als Wickel ausgebildete Schichtung ab, wobei diese
Energie (und auch die durch Wärmeableitungs- und Konvektionsprozesse abgegebenen
Wärmemengen) wieder durch das fliessende Fluidum zum Raum 5' zurücktransportiert
werden.
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Die auf die spiralige Schichtung auffallende Sonnenenergie ist übrigens
durch die Pfeile 5 in der Figur 3 dargestellt.
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In Figur 6 ist ein Kreislauf mit einer Anordnung analog Figur 3 und
4 im Schnitt gezeigt. Die Kapillaren oder Kapillarenstränge 1 sind an das kalte
Fluidums-Abgaberohr 7 durch Eindichtung in die Oeffnungen 8 angeschlossen.
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Die als 'tWebketten't-Schar nebeneinanderliegenden Kapillaren oder
Kapillarenstränge 1 sind also im Rohr 7 in eine schlitzförmige Oeffnung 8 eingeführt
und eingedichtet.
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Diese schlitzförmige Oeffnung 8 kann auch ersetzt werden durch eine
Serie von nebeneinanderliegenden Bohrungen, wobei durch jede Bohrung eine oder mehrere
Kapillaren geführt und eingedichtet sind, analoges gilt für die Oeffnung 6 des Fluidums-Sammelrohres
5. Vom Abgaberaum 5' fliesst das erhitzte Fluidum durch den rechten Teil des Wärmetauschers
9 zurück in das Innere 7' des Abgaberohres 7. Der linke Teil des Wärmetauschers
9, welcher vorzugsweise als Gegenstromwärmetauscher arbeitet, dient wie oben beschrieben
der Weiterleitung der Wärme, beispielsweise in Richtung der Pfeile F'.
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Figur 7 zeigt im Schnitt eine flächige Anordnung solcher Systeme,
wie sie in Figur 6 dargestellt sind, wobei der Uebersichtlichkeit wegen die äusseren
Wärmetauscher 9 weggelassen sind. Es ist auch möglich, mehrere der inneren Rohrräume
5' an einem Wärmetauscher 9 anzuschliessen. Man kann in dieser Weise sehr grosse
Flächen belegen, welche in der Grössenordnung von Quadratkilometern wirtschaftlich
erzeugbar sind.
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Figur 8 zeigt das im Text erwähnte Prinzip der Einstrahlung von gebündeltem
Sonnenlicht S', bei welchem über einen Spiegelkollektor 10 mit beispielsweise parabolischem
Querschnitt das Sonnenlicht S aufgefangen und auf das in der Brennlinie liegende
Rohr 5, welches die Kapillarenschichtung 1 trägt, gespiegelt wird. Unterhalb des
Spiegelkollektors 10 ist das kalte Abgaberohr 7 angeordnet, welches über den Wärmetauscher
9 und den Kapillaren bzw. Kapillarensträngen 1 mit dem Rohr 5 verbunden ist. Auch
derartige Systeme können in grosser Zahl nebeneinanderliegend in einer Fläche angeordnet
werden.
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Figur 9 zeigt einen Schnitt durch eine Anordnung laut Figur 3 in Richtung
der Rohrachse, an welchem Einzelheiten in vergrösserter Darstellung noch einmal
gezeigt werden sollen. Die Kapillaren 1, welche in ihrem Lumen 1' das Fluidum führen,
sind nebeneinanderliegend spiralig übereinandergewickelt (in Figur 9 in drei Lagen).
Die Wicklung ist von einer lichtdurchlässigen Folie 2 geschützt. Der interkapillare
Raum 11 kann mit einem Gas (z.B. Luft) erfüllt sein.
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Der Rohrraum 5' ist mit den Kapillaren 1 verbunden, welche in Bohrungen
6 mit einem Vergussmittel 12 mit offenen Lumeneingängen eingedichtet sind. Der Rohrraum
5' führt das aus den Lumen 1' fliessende heisse Fluidum. Stirnseitig ist das Rohr
5 mit einem Abführungsrohr 13 für das Fluidum und einer Isolationskappe 14 verbunden.
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Anstelle der in Figur 9 gezeichneten Einzelkapillaren können selbstverständlich
wiederum Kapillarenstränge verwendet werden, wobei jeder Strang aus einer Vielzahl
von Einzelkapillaren bestehen kann. Es ist auch möglich, Kapillaren oder Kapillarenstränge
schraubenlinienförmig (nebeneinander) und spiralig (übereinander) auf das Rohr 5
aufzuwickeln.
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In den Figuren ist nicht dargestellt, dass man auch zwischen den übereinandergeschichteten
Kapillaren bzw.
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Kapillarensträngen Fremdkörper einfügen kann, welche einen Abstand
der Kapillarenschichten untereinander bewirken. Diese Fremdkörper können z.B. Vollglasfäden
sein.
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Das in den Figuren 3, 4 und 6 bis 9 dargestellte Rohr 5 kann auch
von unteren Schichten der Kapillaren bzw.
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Kapillarenstränge selbst gebildet werden, indem diese durch ein Bindemittel
gegeneinander verfestigt sind.
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Die in den Kapillaren der Schichtung fliessenden Fluiden können natürlich
auch zur direkten Erzeugung von arbeitsfähigem Dampf für Kreislaufprozesse verwendet
werden.
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Beispielsweise kann das zwischen den Rohren 7 und 5 der
Figur
6 fliessende Fluidum Wasser sein, welches in der Schichtung 1 durch Sonneneinstrahlung
über den Siedepunkt erhitzt wird und als Dampf vom Innenraum 5' nicht in einen Wärmetauscher
9, sondern direkt in eine energieerzeugende Maschine abgegeben wird. Die Dampferzeugung
kann unter hohem Druck betriebssicher ablaufen, da die Kapillaren oder Kapillarenstränge
1 infolge des kleinen Durchmessers der Kapillaren eine aussergewöhnlich hohe Innendruckstabilität
aufweisen.
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Die in den Figuren gezeigten Schichtungen der Kapillaren oder Kapillarenstränge
können selbstverständlich auch in evakuierte, lichtdurchlässige Körper (wie z.B.
Glasrohre) eingebettet sein. Infolge der oben beschriebenen Vorgänge ist jedoch
diese kostensteigernde Massnahme nicht sonderlich opportun.
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Die Figuren 10a bis l0c zeigen ein Ausführungsbeispiel der Kapillareneindichtung
in einer Weise, wie sie auf der Seite 7 näher beschrieben wurde Die Einzelkapillaren
1 sind an ihren Stirnseiten mit einer Metall-schicht 1 überzogen (beispielsweise
durch galvanische Abscheidung von Nickel) und danach die gebündelten Kapillaren
in ihrem Stirnseitenbereich verlötet. Das Lot benetzt nur die Stellen, welche vorher
mit Metallschicht überzogen worden sind.
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Die Gefahr, dass das Lot in das Kapillarenbündel unkontrolliert einfliesst,
ist damit eliminiert.
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In den Figuren 11 bis 13 sind die auf Seite 9 beschriebenen, bevorzugten
Prinzipien einer schraubenflächenförmigen Anordnung von einer Schar von Kapillaren
(bzw.
Kapillarensträngen) 1 dargestellt. Dabei kann die Schar aus Kapillaren bestehen,
die in der gesamten Schraubenfläche keine Unterbrechung aufweisen.
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Die Bezifferung auf den Figuren 11 bis 13 entspricht der den vorhergehenden
Zeichnungen. In Figur 11 ist in perspektivischer Sicht der Uebersichtlichkeit wegen
nur eine ca. lY2-gängige Schraubenfläche einer solchen Kapillarenschar dargestellt.
In der Praxis sind die Schraubenflächen vielgängiger, beispielsweise zwanziggängig
ausgestaltet.
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Die Figuren 12 und 13 zeigen die Form der schraubenflächenförmigen
Anordnung nicht mehr, da eine zeichnerische Darstellung einer (beispielsweise zwanziggängigen)
Schraubenfläche nicht in dieser Weise möglich ist.
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Die Figuren 12 und 13 sollen also eine Schraubenfläche einer zusammenhängenden
Schar von nebeneinanderliegenden, gebogenen Kapillaren bzw. Kapillarensträngen 1
darstellen.
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Figur 11 zeigt die Schrägsicht auf eine quadratische Schraubenflächenanordnung
mit abgerundeten Ecken, Figur 12 die Anordnung eines angenäherten, langgestreckten
Ovals (in der Draufsicht Figur 12 a und im Schnitt Figur 12b).
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Figur 13 zeigt im Schnitt eine Anordnung, die der Figur 12b analog
ist, wobei jedoch anstelle der unteren Isolationsschicht 3 eine komplementäre Schichtung
3: angeordnet ist, wie sie auf Seite 13, Absatz 2 und 3 näher beschrieben ist.
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Es liegen also hier zwei von Fluiden durchflossene Absorberschichten
vor, die in ihrer Berührungsfläche heisses Fluidum liefern und an der der Sonne
zugewandten und der dem Boden zugewandten Seite kalt sind . (Unter kalte sind selbstverständlich
immer niedrigere Temperaturen als die durch die Sonneneinstrahlung erhitzten Fluidums-Temperaturen
zu verstehen).
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Die bei den schraubenflächenförmigen Anordnungen der Schichtungen
verwendeten Kapillaren können eine variable, auf ihrer Länge sich verändernde Einfärbung
erhalten. Insbesondere so, dass in Bewegungsrichtung des interkapillaren Fluidums
gesehen die Einfärbung und damit die Strahlungsabsorptionsfähigkeit der Kapillarenwand
sich verstärkt.
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Figur 14 zeigt eine Anordnung, wie sie auf Seite 8 unten und 9 oben
beschrieben ist. Die Schichtung besteht hier aus parallel zueinanderliegenden, praktisch
ebenen Kapillarenschichten 1, die an ihren Enden (welche offene Kapillaren-Stirnseiten
aufweisen) mit Sammelräumen 15 mittels-der Dichtungen 16 dichtend verbunden sind.
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Figur 15 zeigt die Darstellung einer auf den Pfeilern 17 ruhenden
Doppelschichtung (beispielsweise in Form einer schraubenflächenförmigen Ausgestaltung
der Kapillaren) mit den Einführungsverteilerräumen 18 und den Ausführungsverteilerräumen
19. Die Pfeiler 17 sind so hoch gesetzt, dass unter der Doppelschichtung Pflanzenbau
20 betrieben werden kann.