DE3019643A1

DE3019643A1 - Vorrichtung zum ausnutzen von sonnenstrahlen als energiequelle

Info

Publication number: DE3019643A1
Application number: DE19803019643
Authority: DE
Inventors: Apostolos Athen Kalokanakis
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-04-09
Filing date: 1980-05-22
Publication date: 1981-10-15
Also published as: IL61321A0; GR64713B; FR2480416B3; AU6713581A; GB2073870A; JPS56146959A; FR2480416A1; IT8083456A0; IT1154977B

Description

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Apostolos Kalokanakis, Eratus Nr. 16, GR-A then

Vorrichtung zum Ausnutzen von Sonnenstrahlen als Energiequelle

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausnutzen von Sonnenstrahlen als Energiequelle.

Obwohl die Sonnenstrahlung den Gesamtenergiebedarf der Erdbevölkerung überreichlich decken könnte, erweist sich der technische Aufwand - Sonnenspiegel, Sonnenkraftmaschine, Wärmefallen - selbst in Sonnenländern trotz der Förderung durch die jeweiligen Nationen bisher als nicht vertretbar (s. Brockhaus 1968, Band 5, Seite 13, rechte Spalte unten).

Der Sonnenspiegel (Sonnenofen) fängt über einen beweglichen Spiegel die Sonnenstrahlen auf, leitet sie auf einen Hohlspiegel und die Strahlen werden i.w. auf einen Punkt konzentriert und erzeugen hier Temperaturen bis zu 3.3OO°C. Ähnlich funktionieren die Sonnenkraftmaschinen und Wärmefallen.

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Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die ohne einen großen technischen und finanziellen Aufwand die Sonnenenergie voll ausschöpft und die für alle Energiebereiche anwendbar ist, insbesondere ohne daß erhebliche Umbauten erforderlich sind, um die erfindungsgemäße Vorrichtung dort anzuwenden, wo Energie benötigt wird.

Gelöst wird die gestellte Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1, 17_f 18 und 19 und die Merkmale der Unteransprüche.

An Beispielen ist die Erfindung im prinzip erläutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 schematisch das Grundprinzip unter Verwendung eines erfindungsgemäßen Reflektors,

Fig. 2 entspricht Fig. 1 ; hier ist der Strahlenverlauf erläutert,

Fig. 3 das Prinzip der Erfindung, erläutert an einem Reflektor mit einem öffnungswinkel von 90 ,

Fig. 4 entspricht Fig. 3, jedoch ist hier die praktische Anwendung detaillierter dargestellt,

Fig. 5 ein Anwendungsbeispiel unter Verwendung eines Reflektors mit einem öffnungswinkel größer als 90°,

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Fig. 6 entspricht Fig. 5; hier ist mehr auf die praktische Anwendung abgestellt worden,

Fig. 7 entspricht Fig. 5, nur ist der öffnungswinkel
kleiner als 90 ,

Fig. 8 entspricht Fig. 6, jedoch mit einem öffnungswinkel kleiner als 90°,

Fig. 9 eine Darstellung, wie ein Reflektor - hier ein
Kegel - in Kegelabschnitte mit einem kleinen
Kegel unterteilt werden kann und

Fig. 10 erläutert das Prinzip nochmals, jedoch unter Umkehrung der Verhältnisse, wobei der Reflektor im Inneren eines Körpers angeordnet ist.

Im Prinzip ist die Erfindung in Fig. 1 dargestellt. Der Reflektor 1 ist hier trichterförmig und die innere Oberfläche katoptrisch ausgebildet. Alle bekannten reflektierenden Materialien können Verwendung finden, und zwar kann der Reflektor insgesamt aus diesem Material erstellt oder nur damit beschichtet sein. Man kann auch nicht
reflektierendes Material verwenden und die innere Oberfläche des Reflektors 1 mit einer entsprechenden Farbe, Auftrag oder dgl. versehen. In Achsrichtung des Reflektors 1 ist ein Stab oder Rohr 2 vorgesehen; dieses Rohr kann beispielsweise ein dunkles z.B. schwarzes Metall
sein mit einer absorbierenden Oberfläche, d.h. die durch die auftreffenden Sonnenstrahlen entwickelte Wärme wird gehalten.

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Das System der Erfindung ist grundsätzlich darin zu sehen, daß jeder Sonnenstrahl, der parallel zu der Achse des Konus auf die innere katoprische Fläche auftrifft, wird reflektiert und trifft den Stab bzw. das Rohr 2, wodurch das Rohr 2 erwärmt wird. Die Anordnung des Reflektors 1 ist entsprechend zu treffen.

Wie im Prinzip die reflektierten Strahlen im Reflektor 1 zentrisch nach innen gelenkt werden, zeigt Fig. 2. Dabei kann der öffnungswinkel 3 des Reflektors 1 unterschiedlich groß sein.

In Fig. 3 und Fig. 4 sind schematisch Reflektoren 1a, dargestellt. Fig. 3 zeigt dabei rein schematisch den Strahlenver3auf an zwei Beispielen, wobei der Reflektor hier Kegelstumpfform aufweist. Die Strahlen treffen in einem senkrechten winkel auf die Mittelachse 4.

Das gleichwertige Bild ergibt Fig. 4. Hier wird der Körper 5 senkrecht von den reflektierten Strahlen getroffen; sein Durchmesser ist so zu bemessen, daß keine reflektierten Strahlen verlor-en gehen. Seine Länge entspricht also der Länge des Kegelstumpfes 1a. Der Durchmesser kann unterschiedlich gewählt werden. Wenn beispielsweise durchströmendes Wasser erwärmt

•^mindestens

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werden soll (eine Pumpe oder dgl. müßte dann zugeordnet werden), dann wird man den Durchmesser dann klein wählen, wenn das Wasser sehr hohe Temperaturen erreichen soll und einen größeren Durchmesser, wenn das Wasser eine geringere Temperatur aufweisen soll. Die Wassertemperatur wäre natürlich auch abhängig von der Durchflußgeschwindigkeit.

Fig. 5 und 6 zeigen, wie die Strahlen reflektiert werden, wenn der Öffnungswinkel des Reflektors 1b größer als 90° ist, wobei die reflektierenden Strahlen im Prinzip in Fig. 5 dargestellt sind. Der Körper 6 ist (s. Fig. 6) hier also höher gestellt; er ragt über die Außenkante des Reflektors 1b hinaus. Die Strahlen treffen in einem spitzen winkel auf. Wäre der Körper 6 nicht fluchtend zur Mittelachse 7 angeordnet, sondern z.B. geneigt, dann wäre die Energieaufnahme geringer, weil die Intensität der Strahlen auch geringer wäre. Es ist aber verständlich, daß ein Körper 6 z.B. konischer Formgebung auch Verwendung finden könnte.

Wie die Situation ist, wenn der Öffnungswinkel kleiner als 90 ist, zeigt im Prinzip (Strahlenverlauf) Fig. und die Anordnung eines Körpers 8 Fig. 8. Der Reflektor 1c ist in diesem Beispiel als Kegelstumpf dargestellt und der Körper 8 befindet sich unterhalb des

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■Λ

Kegelstumpfes also fast in der Spitze, wenn der Kegel durchgezogen ist.

Die Intensität der Reflektion und damit die erseugbare Wärme erhöht sich mit der Vergrößerung der katoprischen Oberfläche. Bezogen auf Fig. 1 würde dies bedeuten, daß die Intensität der Erwärmung in Richtung von unten nach oben also von Punkt 9 nach Punkt 10 zunimmt. Um eine glebhmäßige Erwärmung des gewählten Mediums in einem Körper 8 zu erhalten, wäre es daher günstig, diesen Körper nicht z.B. zylindrisch, sondern konusähnlich zu gestalten, wie dies beispielsweise gestrichelt in Fig. 1 gezeigt ist (angedeuteter Körper 2a).

Wenn man ein solches konisches System gemäß der Darstellung nach Fig. 9 bei beliebiger Größe in parallele Ebenen unterteilt, ergibt sich eine Vielzahl von Kegelstümpfen, wobei jeder einzelne Kegelstumpf ein "konzentrierter Sonnenstrahlsammler" ist. Die Leistungen der z.B. drei Kegelstümpfe 11 bis 1.3 und Kegel 14 unterscheiden sich also erheblich wegen der unterschiedlich großen Reflektionsflache.

Dabei kann (s. Fig. 9) der Körper 15 nur in dem Bereich absorbieren (als Absorber ausgebildet sein), wo er von

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den Strahlen getroffen wird und wo die Umsetzung der Sonnenstrahlen in Wärme erfolgt. Am einfachsten ist ein Absorber dadurch gebildet, daß z.B. ein Rohr in dem Bereich, wo es die reflektierten Strahlen troffen, schwarz gefärbt ist.

Die Nutzung der Energie kann für alle Zwecke erfolgen, beispielsweise zum Erhitzen von Wasser, öl, Gasen, zur Entsalzung von Seewasser, zum Gewinnen elektrischer Energie (Verdampfen/Turbine), für chemische Umformungen und Reaktionen usw. Das einfachste Anwendungsbeispiel wäre die Nutzung als Heizung, wobei ein Wärmespeicher Verwendung finden sollte; das erfindungsgemäße System eignet sich auch für Kochvorgänge usw.

In Fig. 10 ist noch die Umkehrung des Systems angedeutet. Hier wird eine konische Fläche (oder teilkonische Fläche) außen (also auf dem Kegelmantel) mit reflektierendem Material beschichtet bzw. besteht der Reflektor 18 selber aus einem derartigen Material. Die Sonnenstrahlen werden nach außen geleitet und unmittelbar anschließend oder im Abstand ist ein z.B. ringförmiger Behälter (Körper 19) vorgesehen, der z.B. Wasser führt. Das Wasser wird so erhitzt, wie vorbeschrieben. Natürlich ist die Intensität hier nicht so stark, als wenn man die Strahlen in umgekehrter Richtung zur Mitte

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hin reflektiert. Es ist angedeutet in Fig. 10, daß der Ringkörper dann in ein Rohr 20 (als Beispiel) münden und das erwärmte V/asser so abgeführt werden kann.

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PATENTANWALT DR. WILHELM HASSE DIPLOMINGENIEUR

6000 MÖNCHEN, 20.1.1Si¹A

POm 44?4/Ka

Stückliste

1	. 1a,	1 b, 1 c, 1 d	Reflektor
2			= Stab, Rohr (Körper)
3			■--■ Öffnungswinkel
4			- Mittelachse
5	, 6		= Körper
7			= Mittelachse
8			= Körper
9			= Punkt
10			Punkt
11	, 12,	13	= Kegelstumpf
14			Kegel
15			= Körper
16	bis	19	= reflektierter Strahlenbereich
18			= Reflektor
19			= Körper (z.B. doppelwand!ger

Zylinder)

20

Rohr

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BAD ORIGINAL

-A-

Leerseite

Claims

Patentansprüche

1.\ Vorrichtung zum Ausnutzen von Sonnenstrahlen als
EnergiequelIe,

gekennzeichnet durch mindestens einen - einen Längen- /Durchmesserbereich (Volumenbereich) bildenden Körper (2, 5, 6, 8, 15),wo sich reflektierte Sonnenstrahlen (Strahlenbündel) treffen (aufprallen), die von reflektierendem Material in diesen Bereich gebündelt (konzentriert)'gelenkt sind (reflektiert
sind), und daß das reflektierende Material vorzugsweise symmetrisch und in einem spitzen winkel (bezogen auf die Mittelachse (4, 7)) um den (die Sonnenstrahlen absorbierenden) Körper gruppiert (angeordnet) ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Körper ein vorzugsweise langgestreckter Hohlkörper mit rundem, mehreckigem, ovalem usw. Querschnitt ist.

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3. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Körper ein zylindrisches oder eckiges Rohr (2), ein Kegel, ein Kegelstumpf, eine Pyramide oder dgl. ist.

4. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Körper aus einem Material erstellt und/oder mit einem entsprechenden Anstrich (aufgesprühte Schicht oder dgl.) versehen ist, das/der die Wärme aufnimmt (absorbiert).

5. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper material- und anstrichmäßig so gestaltet ist, daß auf der Seite, wo die Strahlen auftreffen, die Wärme gehalten und auf der Gegenseite (bei einem Rohr also innen) die Wärme abgegeben wird (Moleküle werden angeregt; es ändert sich der Energiezustand).

6. Vorrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper aus mindestens zwei Materialschichten besteht (z.B. eine äußere und eine innere).

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7. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß das reflektierende Material z.B. Spiegelglas, poliertes Metall (z.B. Aluminium) oder ein sonst bekanntes Material ist, das die Sonnenstrahlen gut reflektiert.

8. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß das reflektierende Material zu mindestens einem Reflektor (1, 1a, ib, ic, ld) z.B. zu einem Trichter, einer Pyramide, einem Kegel, einem Kegelstumpf usw. geformt ist.

9. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor einen Öffnungswinkel z.B. von 20 bis 175° aufweist.

10. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor im Umfangsverlauf einen unterschiedlichen Abstand zur Mittelachse (4, 7) zeigt.

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11. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungswinkel sich von außen nach innen (zum Zentrum hin) ändert (die Mantelfläche des Kegels verläuft im Querschnitt gesehen z.B. konvex oder konkav).

12. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Körper exzentrisch im Reflektor angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Körper zur Achse des Reflektors geneigt ist.

14. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

gekennzeichnet durch einen innerhalb des Reflektors (1, 1a, 1b, 1c, 1d) angeordneten Körper (2, 5, 6, 8, 15), der nur im Bereich der reflektierten strahlen (16 bis 19) als Absorber ausgebildet ist.

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15. Vorrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, daß der Absorber z.B. ein schwarz (dunkel) gefärbtes (angestrichen oder eingefärbt; das Material selber ist schwarz) Rohr ist.

6. Vorrichtung insbesondf re nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, daß die Mittelachse (7) und der größte öffnungswinkel des Reflektors zur Sonne gerichtet sind.

17· Vorrichtung nach wenigstens einem der vorherigen Ansprüche,

gekennzeichnet durch ein an sich bekanntes Steuermittel, das den Reflektor kontinuierlich exakt mit der Mittelachse (A, 7) zur Sonne ausrichtet (der /z.B. Reflektor ist/pendelnd gelagert und wandert mit der Sonne).

18. Vorrichtung insbesondere nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (18) ein außen mit reflektierendem Material beschichteter oder aus reflektierendem Material bestehender Konus, Kegel, Kegelstumpf, Pyramide und dgl. und wenigstens teilweise von einem Körper (19) umgeben ist.

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9. Verfahren zum Ausnutzen von Sonnenstrahlen als Energiequelle,

gekennzeichnet durch ein festes oder flüssiges bzw. gasförmiges Medium (z.B. Wasser, Öl, Gas usw.), das durch den Längen-/Durchmesserbereich z.B. den Körper (2, 5, 6, 8, 15, 19) gefördert wird.

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