DE3028749A1 - Modular solar energy collecting system - concentrates radiation into heat store used for heating medium in power producing cycle - Google Patents
Modular solar energy collecting system - concentrates radiation into heat store used for heating medium in power producing cycleInfo
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Abstract
Description
Baukastensystem zur Auffangung und Nutzung direkter und insModular system for collecting and using direct and ins
rekter Solarstrahlungsenergie mit dem Ziel einer autarken Beheizung, Kühlung, Beleuchtung, Warmwasserversorgung etc. von Bauwerken verschiedenster Art und Zweckbestimmung.direct solar radiation energy with the aim of self-sufficient heating, Cooling, lighting, hot water supply etc. of buildings of all kinds and intended use.
Trotz vieler Bemüungen war es bisher nicht möglich, bei ])emonstrationsanlagen allein auf dem Wege der solarthermischen Lnergiegewinnung mittels Niedertemperaturkollektoren und Mitteltemperaturkonzentratoren auch in der gemäßigten Zone der borde, also beispielsweise in Mitteleuropa, die Substitution fester, flüssiger oder gasförmiger Brennstoffe in vollem oder wenigstens weitgehendem Umfange zu erreichen und darüber hinaus auch noch den Erfordernissen der Ökonomie zu genügen. Man vertritt deshalb auch heute in Fachkreisen die Ansicht, daß es unumgänglich sei, bei einem Direktstrahlungsangebot von ungefähr 1600 bis 1900 Jahressonnenstunden mit einer fremdenergiebetriebenen Kompressionswärmepumpe zu arbeiten und sich mit einer Teilsubstitution zu begnügen. Diese Überlegungen führten zu dem Ergebnis, daß der neueste Entwicklungsstand - soweit er vom Anmelder in Erfahrung gebracht werden konnte - durch die Kombination freiliegender Absorberrohrgruppen mit lBlelstro- oder Dieselwärmepumpen gekennzeichnet ist. Man schlägt die Anwendung eines bivalent-alternativen oder eines bivalent-parallelen Heizungssystems vor und findet sich anscheinend damit ab, daß nur etwa 65 bis 75 % des bisherigen Brennstoffbedarfs substituiert werden können. Dies heißt also., daß 25 bis 35 % des Heizöl- bzw. Heizgasbedarfes der klassischen" Heizungssysteme auch in Zukunft bereitgestellt werden müssen, um die Versorgung eines in Mitteleuropa liegenden Bauwerkes mit Wärmeenergie zu gewährleisten. Man wagt sogar kaum zu hoffen, daß die Situation in mittelmeerischien ländern wesentlich günstiger sein könnte J)er Anmelder Teilt Diese slceptische Grundeinstellung keineswegs, sondern erkennt bei dieser eine ganze eihe gravierender Denkfehler. Er ist davon überzeugt, daß ein monovalentes lIeizungssystem, bestehend aus Absorber, Konzentrator, Mitteltemperaturspeicher und Wärmepumpe mit speichergekoppeltem Antrieb durchaus in der Lage wäre, ein Bauwerk völlig autark zu machen. Bereits in seiner Patentanmeldung vom 15.3.1977 " Hochbau-System in Stützen/Schalen-Bauweise nach einem neuartigen Baukastenprinzip ... " und den Zusatzanmeldungen vom 28.4.1977 sowie vom 10.6.1977 hat er versucht, den Nachweis zu führen, daß sogar ein reines Konzentratorsystem in intearmierter Bauweise durchaus geeignet wäre, eine weitestgehende Substitution der bisher erforderlichen Brennstoffe zu ermöglichen und bei einigermaßen günstigen Voraussetzungen sogar noch Energieüberschüsse zu erzielen. Als besonders wesentlich stellte der Anmelder die Tatsache heraus, daß bei einer solchen Lösung die Gesamtbaukosten keineswegs erheblich über dem Aufwand für ein vergleichbares Objekt konventioneller Bauweise liegen würden, wenn die Integration der Energieversorgung bis zur letzten Konsequenz realisiert wäre.Despite many efforts, it has not been possible to date at]) demonstration facilities solely by means of solar thermal energy generation using low-temperature collectors and medium temperature concentrators also in the temperate zone of the borde, for example in Central Europe, the substitution of solid, liquid or gaseous fuels to be achieved to the full or at least to a large extent and beyond still to meet the requirements of the economy. That’s why one also represents today in specialist circles the view that it is unavoidable in the case of a direct radiation offer from about 1600 to 1900 hours of sunshine a year with an external energy source Compression heat pump to work and be satisfied with a partial substitution. These considerations led to the result that the latest state of development - as far as it could be obtained from the applicant - through the combination exposed absorber pipe groups with lBlelstro or diesel heat pumps is. The use of a bivalent-alternative or a bivalent-parallel is suggested Heating system and apparently resigns itself to the fact that only about 65 to 75 % of the previous fuel requirement can be substituted. So this means., that 25 to 35% of the heating oil or heating gas requirement of the classic "heating systems also in the future must be provided in order to supply one in Central Europe to ensure lying structure with thermal energy. One hardly even dares to hope that the situation in Mediterranean countries could be much more favorable J) he Applicant by no means shares this skeptical basic attitude, but acknowledges this a whole series of serious errors in reasoning. He is convinced that a monovalent heating system, consisting of absorber, concentrator, medium temperature storage tank and heat pumps with a storage-coupled drive would certainly be able to create a building to make it completely self-sufficient. Already in his patent application from 03/15/1977 "Hochbau-System in support / shell construction based on a new type of modular system ... "and the Additional registrations from April 28th, 1977 and June 10th, 1977 he tried to provide evidence to lead that even a pure concentrator system in an integrated construction is quite possible would be a most extensive substitution of the fuels required up to now to enable and with reasonably favorable conditions even energy surpluses to achieve. The applicant emphasized the fact that that with such a solution the total construction costs by no means significantly exceed the effort for a comparable object of conventional construction would be if the integration the energy supply would be realized to the last consequence.
Umso einleuchtender muß es für jeden Kenner der Problematik sein, wenn erfindungsgemäß die Behauptung aufgestellt wird, daß die Einbeziehung einer ausreichend dimensionierten Absorberfläche und einer "Solarwärmepumpe" in ein Mittel- bzw.It must be all the more plausible for anyone who knows the problem if according to the invention the assertion is made that the inclusion of a sufficiently dimensioned absorber surface and a "solar heat pump" in a central respectively.
Hochtemperatursystem den Weg zur absoluten Autarkie eines Bauwerkes zu ebnen in der Lage ist. Es bedarf keiner besonderen Betonung, daß die Maximierung der Wirtschaftlichkeit eines derartigen Energiesystems in erster Linie ein profundes Wissen und eine langjährige Umfahrung auf bautechnischem und bauphysikalischem Gebiet voraussetzt.High temperature system paves the way to absolute self-sufficiency of a building is able to level. There is no particular emphasis on maximizing the profitability of such an energy system is primarily a profound one Knowledge and years of experience in structural engineering and building physics presupposes.
Da der A b s o r b e r erfindungsgemäß die obere Schale eines sogenannten Kaltdaches darstellt, muß er die Funktion einer wasserdichten Bedachung übernehmen können, deren Biezesteifigkeit groß genug ist, um die maximalen Windkräfte und Schneelasten bei zweckentsprechender Stützweite aufzunehmen und auf die untere Schale bzw. die Pfettenkonstruktion ZU übertragen.Since the A b s o r b e r according to the invention, the upper shell of a so-called Cold roof represents, it must take over the function of a watertight roof whose flexural strength is large enough to withstand the maximum wind forces and snow loads to take up with the appropriate span and to the lower shell or the Purlin construction ZU transferred.
Diese Aufgabe wird geradezu optimal durch die Verbindung zwei er Trapezprofilbleche aus thermoplastbeschichtetem Leichtmetall in spiegelbildlicher Anordnung gelöst. Dabei ist es erforderlich, eine ungleiche Teilung der oberen und unteren Sicken zu wählen, um auf diese Weise zwischen den benachbarten Trapezschrägen Hohlräume zu schaffen, in denen sich der Solekreislauf vollzieht. Die einander berührenden Sickenflächen der beiden Profilbleche werden vorteilhaft mittels Quellscillseißung vereinigt. Als zusätzliche Sicherung der Verbindungsflächen kann eine Kaltvernietung in Erwägung gezogen werden, mit hoher Wahrscheinlichkeit ist eine solche Maßnahme jedoch überflüssig. Nimmt man beispielsweise an, daß die Trapezprofilierung eine Teilung von 12'i mm aufweist, ergeben sich 16 Längskanäle mit parallelogrammförmigem Querschnitt bei einer Absorberbreite von 1000 mm. Die Kanalbreite entspricht - ohne Berücksichtigung der Dicke des beschichteten Bleches - der halben Differenz der Sickenbreiten, die Kanalhöhe stimmt mit der Sickenhöhe überein. Infolge der spiegelbildlichen und nur teilungsversetzten Kopplung der beiden gleichartigen Trapezprofilbleche ergibt sich, statisch gesehen, ein symmetrischer Verbundquerschnitt mit zentrischer Null-Linie. Daraus folgt die Zahlengleichheit der Biegespannungen in den "Randfaserbezirken" der beiden Absorberseiten und somit eine volle Ausnützung des tragenden Werkstoffes.This task is almost optimal through the connection of two he trapezoidal profile sheets made of thermoplastic-coated light metal in a mirror-inverted arrangement. It is necessary to have an unequal division of the upper and lower beads to choose this way between the adjacent sloping trapezoidal cavities to create in which the brine cycle takes place. The touching ones The corrugated surfaces of the two profiled sheets are advantageously made by means of swelling united. Cold riveting can be used as an additional safeguard for the connecting surfaces Considered, with high probability, is such a measure but superfluous. Assume, for example, that the trapezoidal profile is a Having a pitch of 12 mm, there are 16 longitudinal channels with a parallelogram Cross-section with an absorber width of 1000 mm. The channel width corresponds to - without Taking into account the thickness of the coated sheet - half the difference of the Bead widths, the duct height corresponds to the bead height. As a result of the mirror image and only offset coupling of the two similar trapezoidal profile sheets From a static point of view, the result is a symmetrical composite cross-section with a central Zero line. From this follows the equality of numbers of the bending stresses in the "edge fiber areas" the two sides of the absorber and thus full utilization of the load-bearing material.
Das erfindungsgemäße Verbundsystem der Absorberplatte stellt nicht nur in statischer, sondern auch in ökonomischer Hinsicht ein Optimum dar, weil die Längskanäle für den Solekreislauf sozusagen als Abfallprodukt entstehen, obwohl sie die ungewöhnlich große Zahl von 16 Stck./m - bei dem gewählten Beispiel - aufweisen. Auch die Geometrie der Wärmeübertragungszonen entspricht weitestgehend dem Idealfall. Dies bedeutet, daß das Temperaturgefälle zwischen Umgebungsluft und Absorber-Oberflächen im Interesse einer besonders hohen Güteziffer der wärmepumpe und einer Verzögerung der tbsorbervereisung ehr gering s e sein kann. Die gesamte Wärmeül)ertragungsfläche t den beachtlichen Wert von ungefähr 3,t) m2/m2 Grundfläche, der spezifische Wärmeübergang liegt bei etwa 70 W/m2K. Dies gilt für eine mittlere Windgeschwindigkeit von 2 m/s.The composite system according to the invention of the absorber plate does not provide only from a static point of view, but also from an economic point of view, is optimum because the Longitudinal channels for the brine circuit are created as a waste product, so to speak, although they have the unusually large number of 16 pieces / m - in the example chosen. The geometry of the heat transfer zones also largely corresponds to the ideal case. This means that the temperature gradient between the ambient air and the absorber surfaces in the interests of a particularly high figure of merit for the heat pump and a delay the absorber freezing can be rather low. The entire heat transfer area t the considerable value of about 3.t) m2 / m2 floor area, the specific heat transfer is around 70 W / m2K. This applies to an average wind speed of 2 m / s.
Die Absorberplatte weist vorteilhaft eine Breite von 1000 mm auf, die Länge hat sich nach den Gegebenheiten des jeweiligen Bauwerkes zu richten. Bei der Projektierung eines Satteidaches als Komponente des erfindungsgemäßen .nergiesystems ist die Distanz zwischen Traufe und First als Ausgangsbasis für die Längenfestlegung zu verwenden. Die im Qnerschnitt parallelogrammförmigen Längskanäle für den Solekreislauf werden beidseitig an die Vor- und Rücklaufleitung angeschlossen, die t zweckmäßigerweise aus Leichmetall-Rechteckrohren bestehen und die eigentliche Absorberplatte stirnseitig begrenzen. Die Gesamtlänge eines Absorber-Elementes wird somit von der Länge der Trapezprofil-Verbundbleche und der Breite der aechteclrrohre bestimmt.The absorber plate advantageously has a width of 1000 mm, the length must be based on the conditions of the respective building. at the planning of a full roof as a component of the .nergiesystem according to the invention is the distance between the eaves and the ridge as the starting point for determining the length to use. The cross-sectional parallelogram-shaped longitudinal channels for the brine circuit are connected to the supply and return lines on both sides, the t is expedient consist of light metal rectangular tubes and the actual absorber plate at the front limit. The total length of an absorber element is thus the length of the Trapezoidal composite sheets and the width of the aechteclrrohre determined.
Die seitlichen Kanten des Elementes sind so ausgebildet, daß eine flexible und trotzdem wasserdichte Verbindung mit den Nachbarelementen auf möglichst einfache und dauerhafte Weise hergestellt werden kann. Dies gilt sinngemäß auch für die Mündungen der beiden Rohre für Vor- und Rücklauf.The side edges of the element are formed so that a flexible yet watertight connection with the neighboring elements as possible simple and permanent way can be made. This also applies accordingly for the mouths of the two pipes for flow and return.
Die Befestigung der Absorberplatten an der Tragkonstrulçtion des Kaltdaches erfolgt mittels Distanzbolzen, für die entsprechende Bohrungen in den positiven Sicken des Trapezverbundnrofils vorgesehen werden. Die Bolzen müssen korrosionsgeschützt sein und im Befestigungsbereich ein Gewinde aufweisen, das die Höhenjustierung unter Verwendung einer Stütz- und einer Fixiermutter erlaubt.The attachment of the absorber panels to the supporting structure of the cold roof takes place by means of spacer bolts, for the corresponding holes in the positive Grooves of the trapezoidal composite profile are provided. The bolts must be protected against corrosion be and have a thread in the fastening area, the height adjustment under Use of a support nut and a fixing nut allowed.
Die Wärmedämmschicht der unteren Kaltdachschale kann ihren Zweck nur dann erfüllen, wenn sie während des gesamten Jahresablaufes ihren weitgehend trockenen Zustand beibehält. Bevorzugt man den Einsatz von Dämmplatten aus extrudiertem Polystyrol-Hartschaumpmit geschlossenzelliger Struktur, kann man in vielen Fällen der Baupraxis auf eine wasserführende Abdeckfolie verzichten. Es genügt dann völlig, wenn man eine geschlossene Dampfbremsschicht unterhalb der Wärmedämmschicht anordnet und auf diese Weise den Abtransport des Rücktropfkondensates sicherstellt. Der Teildiffusionswiderstand der Dampfbremse darf sehr niedrig sein, weil die Latentwärme des auf der Absorber UNterseite 1on('ensierenden Wasserdampfes über den Solekreislauf zurückgewonnen wird. Der beschriebene ;altdachaufbau ermöglicht eine beachtliche Kosteneinsparung. Alternativ läßt sich selbstverständlich auch eine Wärmedämmschicht aus Mineralfasermaterial einsetzen, wenn man eine wasserführende Abdeckfolie in Kauf nehmen möchte. In diesem Falle muß allerdings eine höherwertige Dampfbremse verlegt werden.The thermal insulation layer of the lower cold roof shell can only serve its purpose then meet when they are largely dry during the entire course of the year Maintains state. The use of insulation boards made of extruded polystyrene rigid foam is preferred closed-cell structure, one can in many cases of construction practice on a water-bearing Do without cover film. It is then completely sufficient if you have a closed vapor barrier layer arranged below the thermal insulation layer and in this way the removal of the Back-drip condensate ensures. The partial diffusion resistance of the vapor barrier may be very low because the latent heat of the absorber Bottom 1on ('ensuing water vapor is recovered via the brine circuit. The described ; old roof construction enables considerable cost savings. Alternatively you can naturally also use a thermal insulation layer made of mineral fiber material, if you want to accept a water-bearing cover film. In this case However, a higher quality vapor barrier must be installed.
Bei einem Steildach ist zu berücksichtigen, daß der hydrostatische Druck der Sole im Traufbereich durchaus in einer Grössenordnung von 0,5 bis 0,8 atü liegen kann. Aus diesem Grunde läßt sich eine Sicherung dieser Teilzone durch zusätzliche Vernietung in L'rwägung ziehen. Würde man - was theoretisch denkbar wäre - anstelle des geschlossenen einen offenen Solekreislauf verwenden, könnte sich kein Uberdruck aufbauen, wenn die Solekanäle der Absorberplatte keinen Flüssigkeitsstau erfahren.With a pitched roof it must be taken into account that the hydrostatic The pressure of the brine in the eaves area is of the order of 0.5 to 0.8 atü can lie. For this reason, this sub-zone can be secured Take additional riveting into consideration. One would - which is theoretically conceivable would - instead of the closed one, could use an open brine circuit no overpressure builds up if the brine channels of the absorber plate do not accumulate any liquid Experienced.
Im Bereich des Industriebaus, bei dem ein- oder allenfalls zweigeschossige Hallen mit Flachdächern dominieren, ist es vorteilhaft, für die Absorber-Elemente anstelle von Leichtmetallblechen genormte Stahlbleche zu verwenden und eine Profilhöhe von ungefähr 120 mm zu wählen. Auf diese Weise können beachtliche Stützweiten überbrückt werden. Da es sich um ein Kaltdachsystem handelt, muß auch in diesem Falle eine wärmedämmende Unterschale angeordnet werden. Eine besonders wirtschaftliche Konstruktion ergibt sich dann, wenn man das Prinzip der abgehängten Decke benützt und die tragende Platte heispielsweise aus dünnen Leichtmetallprofilblechen von geringer statischer Höhe zusammensetzt. Es besteht aber auch die Möglich t keit, selbstragende Sandwichplatten im Großformat zu verwenden und die erforderliche Wärmedämmschicht zu integrieren. Im Interesse einer möglichst raschen Abführung des Regens und des Rücktropfkondensates sollten beide Kaltdachschalen ein bestimmtes Mindestgefälle aufweisen. Ferner ist darauf zu achten, daß sowohl die Höhe des Belüftungsraumes als auch der Querschnitt der stirnseitigen Belüftungsöffnungen reichlich dimensioniert werden. Dies gilt besonders dann, wenn das betreffende Flachdach sehr großflächig ist und deshalb lange Strömungswege erforderlich macht.In the field of industrial construction, in the one or two-storey building Halls with flat roofs dominate, it is advantageous for the absorber elements to use standardized steel sheets instead of light metal sheets and a profile height of approximately 120 mm to choose. In this way, considerable spans can be bridged will. Since it is a cold roof system, one must also in this case heat-insulating lower shell can be arranged. A particularly economical construction results from using the principle of the suspended ceiling and the load-bearing one Plate, for example, made of thin light metal profile sheets of low static Composed height. But there is also the possibility of self-supporting sandwich panels to use in large format and to integrate the required thermal insulation layer. In the interests of the quickest possible removal of the rain and the back-drip condensate both cold roof shells should have a certain minimum slope. Furthermore is make sure that both the height of the ventilation space and the cross-section the ventilation openings on the front should be generously dimensioned. this applies especially if the flat roof in question is very large and therefore makes long flow paths necessary.
Es versteht sich fast von selbst, daß die erfindungsgemäßen Absorber-Elemente nicht nur auf den Dachbereich eines Bauwerks beschränkt sind, sondern grundsätzlich auch als Außenwandverkleidung eingesetzt werden können. Aus bauphysikalischer Sicht handelt es sich in einem solchen Falle um ein hinterlüftetes Wandsystem mit raumseitiger Wärmedämmschicht. Auf eine Dampfbremse kann in der Regel verzichtet werden, das kondensat auf er Absorber-Innenseite I,cuet Le t zusätzlichen Energiegewinn für die Wärmepumpe.It almost goes without saying that the absorber elements according to the invention are not limited to the roof area of a building, but in principle can also be used as exterior wall cladding. From a building physics point of view In such a case, it is a rear-ventilated wall system with a room-side Thermal insulation layer. As a rule, a vapor barrier can be dispensed with condensate on the inside of the absorber I, cuet le t additional energy gain for the heat pump.
Einen weiteren Anwendungsbereich bietet der Absorberstapel, der aus einer größeren Anzahl gleichgroßer Elemente besteht, die in bestimmten Abständen aufeinander geschichtet und böensicher miteinander verbunden werden. Ein solcher Stapel kann sowohl oberirdisch - als Luftwärmeaustauscher - als auch unterirdisch - als Erd- bzw. Wasserwärmeaustauscher - gute Dienste leisten. Die spezifische Wärmeübergangsfläche liegt in einer Größenordnung von 50 m2/m3, woraus sich ein spezifischer Wärmeübergang von ungefähr 1150 W/m3K bei einer mittleren Windgeschwindigkeit von 2 m/s ergibt, Verwendet man den Absorberstapel nicht zur Entwärmung der Umgebungsluft, sondern des Grundwassers oder des feuchten Erdreiches, dann erhöht sich der spezifische Wärmeübergang ganz erheblich. Infolge der Thermoplastbeschichtung wird die Gefahr einer allmählichen Zerstörung der einzelnen Elemente durch Korrosion auf ein Minimum reduziert. Die Errichtung eines Absorberstapels ist vor allem dann empfehlenswert, wenn mehrgeschossige Gebäude mit relativ geringer Dachflächenzahl mit Umweltenergie versorgt werden sollen. Unter Dachflächenzahl versteht der Anmelder das Verhältnis von nutzbarer Dachfläche zu umbautem Raum. Ein breites Einsatzgebiet wird im Zusammenhang mit der Altban-Sanierung sichtbar.The absorber stack offers a further area of application consists of a larger number of elements of the same size, which are at certain intervals stacked on top of each other and connected to each other in a gust-proof manner. Such a Stack can be used both above ground - as an air heat exchanger - and underground - as a geothermal or water heat exchanger - perform well. The specific heat transfer area is in the order of 50 m2 / m3, which gives a specific heat transfer of approximately 1150 W / m3K at an average wind speed of 2 m / s, If the absorber stack is not used to cool the ambient air, but rather of the groundwater or the moist soil, then the specific one increases Heat transfer quite considerable. As a result of the thermoplastic coating, there is a risk a gradual destruction of the individual elements by corrosion to a minimum reduced. The erection of an absorber stack is particularly recommended, if multi-storey buildings with a relatively small number of roof areas use environmental energy should be supplied. The applicant understands the number of roof areas as the ratio from usable roof area to enclosed space. A wide field of application is related visible with the renovation of the old line.
In manchen Fallen kann sich die Erstellung von Absorberzäunen als sinnvoll erweisen. Zwecks Vergrößerung der spezifischen Wärmeübergangsfläche und Verbesserung der Luftumströmung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die einzelnen Elemente in "versetztem Übergriff" anzuordnen, Die Verbindung der Vor- und Rücklaufrohre läßt sich ohne Schwierigkeiten realisieren.In some cases, the creation of absorber fences can prove to be make sense. For the purpose of increasing the specific heat transfer area and Improvement of the air flow is proposed according to the invention, the individual To arrange elements in "staggered overlap", the connection of the flow and return pipes can be implemented without difficulty.
Das K o n z e n t r a t o r - System dient der Gewinnung von Prozeßwärme gehobenen Niveaus aus der direkten Solarstrahlung.The K o n z e n t r a t o r system is used to generate process heat high level from direct solar radiation.
Es kann deshalb nur in Bauwerks- oder Baugrundstücksbereichen untergebracht werden, die über eine möglichst lange Tageszeit hinweg besonnt sind. Bei Steildächern ist dies normalerweise dann der Fall, wenn sie nach Südost, Süd oder Südwest orientiert sind; bei Flachdächern in freier Lage gelten keinerlei Einschränkungen. Eine günstige Position bietet auch eine nordwestliche, nördliche oder nordöstliche Grundstücksgrenze.It can therefore only be accommodated in building or building site areas that are exposed to the sun for as long as possible of the day. With pitched roofs this is usually the case when it is oriented to the southeast, south or southwest are; There are no restrictions whatsoever for flat roofs in an open position. A cheap one Position also provides a northwest, north, or northeast property line.
Das erfindungsgemäße Konzentratorsystem besteht aus plattenartigen Reflektor-Elementen gleichen Rechteckformates und aus stabartigen Stütz-Elementen mit stufenloser Längenve stellung.The concentrator system according to the invention consists of plate-like Reflector elements of the same rectangular format and made of rod-like support elements with infinitely variable length adjustment.
Jedem Reflektor-Element sind drei Stütz-Element-Paare zugeordnet, die gelenkige Verbindung mit den Eckbereichen der Reflektorplatten aufweisen. Durch dieses Prinzip erhält man -statisch gesehen - einen räumlichen Parallelgurtträger mit steigenden und fallenden Diagonalen, der trotz regelbarer Stablänge eine hohe Formstabilität besitzt. Die Reflektor-Elemente stellen die steigenden Diagonalen dar, ihre Neigung zur System-Ebene wird durch die Länge der fallenden Diagonalen bestimmt, deren stufenlose Verstellbarkeit die Festlegung eines beliebigen Neigungswinkels zwischen zwei Grenzwerten von beispielsweise 300 und 600 erlaubt.Three pairs of supporting elements are assigned to each reflector element, have the articulated connection with the corner areas of the reflector plates. By From a static point of view, this principle results in a three-dimensional parallel belt carrier with rising and falling diagonals, which is high despite the adjustable rod length Has dimensional stability. The reflector elements represent the rising diagonals their inclination to the system level is determined by the length of the falling diagonals determined, whose infinitely variable adjustability, the definition of any angle of inclination between two limit values of, for example, 300 and 600.
as einzelne Reflektor-Element setzt sich aus einer biegesteifen Basisplatte, zwei parallelen Randbegrenzungsrohren und vorzugsweise sechs quadratischen Facettenplatten zusammen, die in zwei Reihen zu jeweils drei Platten angeordnet sind. Jede Facettenplatte ist mit 3 x 3 = 9 Planspiegel-Einheiten bestückt, deren Format in der Größenordnung von 100 x 100 mm liegt. Als besonders alterungsbeständiger und reinigungsfreundlicher Werkstoff kommt erfindungsgemäß das an sich bekannte, jedoch bisher für andersartige Zwecke verwendete Glasspiegelmosaik mit Gewebekaschierung in Betracht, das in entsprechende Neunergruppen zuzuschneiden ist und mit den einzelnen Facettenplatten witterungsbeständig auf besondere Weise verklebt wird, Eine andere Möglichkeit besteht darin, seriengefertigte Thermo- oder Duroplasttafeln mit Aluminiumverspiegelung im Vakuumbedampfungsverfahren einzusetzen und dadurch unter Umständen einen @ostenvorteil zu erlangen. Bei dieser Methode entfällt die rückseitige Gewebekaschierung, die erforderliche Aluldenbildung innerhalb der Neunerfacette läßt sich mit geringem Aufwand realisieren. Hinsichtlich des Langzeitverhaltens gibt es jedoch noch keine zuverlässige Aussage.he single reflector element consists of a rigid base plate, two parallel perimeter tubes and preferably six square facet plates together, which are arranged in two rows of three plates each. Every facet plate is equipped with 3 x 3 = 9 plane mirror units, the format of which is in the order of magnitude of 100 x 100 mm. As particularly resistant to aging and easier to clean According to the invention, the material is what is known per se, but so far for a different type Purposes used glass mirror mosaic with fabric lamination into consideration that in appropriate Groups of nine can be cut to size and the individual faceted panels are weatherproof is glued in a special way, Another option is mass-produced Thermo- or duroplastic sheets with aluminum mirror coating in a vacuum vapor deposition process to use and thereby possibly to gain an @ cost advantage. With this method there is no fabric lamination on the back, the required aluminum trough formation within the nine-facet can be implemented with little effort. With regard to long-term behavior however, there is still no reliable statement.
Die "Brennweite18 der Neunerfacette reduziert sich mit zunehmender Muldentiefe; hierin besteht eine Analogie zum Parabolspiegel. Anstelle eines Brennpunktes entsteht allerdings nur ein quadratischer "Brennfleck" mit einer Seitenlänge von ungefähr 100 x 100 mm, der-Konzentrationsfaktor beträgt 9. Da die sechs Facettenplatten eines Reflektor-Elementes justierbar sind, erreicht man einen Konzentrationsfaktor von 54 je Element. Die Spiegelfläche von 54 dm2 oder 0,54 m2 wird bei wolkenlosem Himmel mit einer Strahlungsenergie von ca. 540 W beaufschlagt, wenn die Solarstrahlen senkrecht auftreffen und der Standort etwa 500 m über Meereshöhe liegt. Mit einer Gruppe von 10 Reflektor-ilementen läßt sich somit im günstigsten Falle die durchaus beachtliche Strahlungsleistung von 5,4 kW einfangen und bei geringem Verlust auf eine Fläche von 1 dm2 bzw. 100 cm2 konzentrieren. Vürde man die Reflektor-Elemente mit 5-x 2 = 10 Facettenplatten bestücken - dies entspräche einer Reflektorplattenlänge von ungefähr 1,50 m - käme man sogar auf eine maximale Strahlungsleistung von 9,0 kW/dm2.The "focal length18 of the nine-facet decreases with increasing Trough depth; this is analogous to the parabolic mirror. Instead of a focal point however, only a square "focal point" with a side length of approximately 100 x 100 mm, the concentration factor is 9. As the six facet plates of a reflector element are adjustable, a concentration factor is achieved of 54 per element. The mirror area of 54 dm2 or 0.54 m2 is when it is cloudless Heaven with a radiation energy of approx. 540 W applied when the solar rays hit vertically and the location is about 500 m above sea level. With a Group of 10 reflector elements can therefore be used in the most favorable case Capture considerable radiated power of 5.4 kW and with little loss concentrate an area of 1 dm2 or 100 cm2. Would you like the reflector elements Equip with 5 x 2 = 10 facet plates - this would correspond to one reflector plate length of about 1.50 m - one would even arrive at a maximum radiation power of 9.0 kW / dm2.
Durch parallele oder spitzwinklige Anordnung mehrerer Eteflektorgruppen kann man die maximale Strahlungsleistung des Konzentratorsystems beträchtlich steigern. Diese Tatsache ist vor allem im Bereich des Industriebaus von größter Bedeutung, weil hier in der Regel ein hoher Bedarf an Prozeßwärme besteht. Aus diesem Grunde wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, auch ein "Hybrid-System" in den "Energiebaukasten" einzugliedern, das die Eigenschaften eines Absorber- mit denen eines Konzentrator-Systems kombiniert. Die Sole für die Versorgung der Wärmepumpe mit Umwelt-Energie strömt in diesem Falle durch Parallelkanäle im Inneren der Basisplatte des Reflektor-Elementes und ermöglicht auf diese Weise eine Doppelnutzung desselben. Auf i m2 Spiegelfläche kommen ungefähr 3 m2 Wärmeübergangsfläche, die eine mittlere Entwärmungsleistung von etwa 70 W/K erwarten lassen. Die Reflektor-Elemente erfüllen infolgedessen auch bei fehlender Solar-Direktstrahlung eine wichtige Aufgabe und verbessern die Ökonomie des erfindungsge mäusen Energiebaukastens. Ein Optimum wird dann erzielt, wenn man den auf Seite 7 beschriebenen räumlichen Parallelgurttra ger für die Konstruktion eines Pult- oder Shed-Daches verwendet und die Wärmedämmschicht sowie die wasserführende Dachhaut unterseitig aufhängt. Man kann beispielsweise zwischen zwei benachbarten Parallelgurtträgern ein reflektorfreies Feld mit gleicher Achsbreite anordnen und dadurch erreichen, daß die bei Industriebauten häufig erforderlichen Dachdurchdringungen problemlos eingeplant werden können.By arranging several reflector groups in parallel or at an acute angle the maximum radiation output of the concentrator system can be increased considerably. This fact is particularly important in the field of industrial construction, because there is usually a high demand for process heat here. For this reason According to the invention, a "hybrid system" is also proposed in the "energy kit" incorporate the properties of an absorber system with those of a concentrator system combined. The brine for supplying the heat pump with environmental energy flows in this case through parallel channels in the interior of the base plate of the reflector element and in this way enables it to be used twice. On i m2 of mirror surface there are approximately 3 m2 of heat transfer surface, which have an average cooling capacity of around 70 W / K. As a result, the reflector elements also meet an important task in the absence of direct solar radiation and improve the economy of the erfindungsge mouse energy kit. An optimum is achieved when one the spatial parallel belt carrier for the construction described on page 7 a monopitch or shed roof and the thermal insulation layer as well as the water-bearing Roof cladding hangs on the underside. One can, for example, between two neighboring Arrange a reflector-free field with the same axis width on the parallel belt supports and achieve that the roof penetrations often required in industrial buildings can be easily planned.
Ist bereits ein Absorberdach vorhanden, wird man normalerweise allf soleführende Iteflektor-Basisplatten verzichten können. I)adurch läßt sich nicht nur der Kostenaufwand, sondern auch das Eigengewicht um einen bestimmten Betrag reduzieren.If there is already an absorber roof, you will normally need all of them brine-bearing Iteflector base plates can be dispensed with. I) a cannot be done through only the cost, but also the dead weight by a certain amount to reduce.
Die Befestigung des Konzentrator-Systems auf dem Absorber-System erfolgt mittels korrosionsgeschützter Gewindebolzen, die in Bohrungen der Trapezprofilsicken verankert werden. Als sinnvolles Zubehör eignen sich serienmäßig gefertigte Rohrschellen, die den Untergurt der Reflektorgruppe umschließen und sturmsicher fixieren.The concentrator system is attached to the absorber system by means of corrosion-protected threaded bolts that are inserted into the holes in the trapezoidal profile beads be anchored. Series-produced pipe clamps are useful accessories, which enclose the lower chord of the reflector group and fix it in a storm-proof manner.
Die Bündelung der reflektierten Solarstrahlung auf den Brennfleck ist nur dann möglich, wenn die Neigung der einzelnen eflektor-Elemente einer Gruppe separat einjustiert werden kann.The bundling of the reflected solar radiation on the focal point is only possible if the inclination of the individual eflector elements in a group can be adjusted separately.
Bei paralleler Gruppenlängsachse müssen die Anschlußgelenke der Basisplatten an den Untergurtstäben aus dem Rechteckraster in einen Parallelogrammraster gebracht werden. Diese Forderung läßt sich leicht erfüllen, wenn man die Systemknotenpunkte als Kugelgelenke oder Quasi-Kugelgelenke ausbildet. Ferner ist es nötig, jede einzelne Facettenplatte bezüglich ihrer räumlichen Position zu korrigieren. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede Facettenplatte im Zentnim auf einem elastischen Halbkugelhöcker ruht, der als zweiachsies Kipplager dient. In jeder Plattenecke ist eine kleine Justierschraube angeordnet, deren Schaft sich gegen die Basisplattenoberfläche bzw. einen Distanzzylinder - beim Hybridsystem - stützt. elias Facettenzentrum ist mittels einer Zugfeder gegen die Basisplatte gespannt. Auf diese Weise läßt sich die Ausrichtung sämtlicher Spiegelfacetten-Hauptachsen auf einen gemeinsamen Schnittpunkt mit hoher Genauigkeit realisieren. Der Arbeitsablauf geht so vonstatten, daß ;jede einzelne Facette - tußer der "Leitfacette" - nach erfolgter Justierung mit einer quadratischen Blende abgedeckt wird, damit sich keine Störung bei der Justierung der nächsten Facette ergibt. Man benötigt deshalb so viele Einzelblenden, wie sie von e i n e m Reflektor-Element verlangt werden, weil nach Ausrichtung sämtlicher Facetten dieses Elementes ein Austausch der Einzelblenden gegen eine Gesamtblende vorgenommen werden kann. Obwohl der relativ zeitaufwendige Justiervorgang an einem teflektor-System von größerer Ausdehnung nur ein einziges Mal durchgeführt werden muß, ist es ratsam, die benutzten Blenden aufzubewahren, um bei einem etwaigen späteren Austausch einer schadhaften Facette die Nachjustierung ohne Schwierigkeiten erledigen zu können.In the case of a parallel group longitudinal axis, the connection joints of the base plates must brought on the lower chord bars from the rectangular grid into a parallelogram grid will. This requirement can easily be met by considering the system nodes trains as ball joints or quasi-ball joints. It is also necessary for each individual To correct facet plate with respect to their spatial position. This task is achieved according to the invention in that each facet plate in the centimeter on one elastic hemispherical hump, which serves as a two-axis tilting bearing. In each The corner of the plate is a small adjusting screw arranged, whose Shaft against the base plate surface or a spacer cylinder - with the hybrid system - supports. elias facet center is against the base plate by means of a tension spring tense. In this way, the alignment of all mirror facet main axes can be carried out to a common point of intersection with high accuracy. The workflow takes place in such a way that; every single facet - apart from the "leading facet" - follows after adjustment is covered with a square cover so that there are no Disturbance in the adjustment of the next facet results. One therefore needs so many individual diaphragms as required by a reflector element because After aligning all facets of this element, an exchange of the individual panels can be made against an overall aperture. Although the relatively time-consuming Adjustment process on a teflektor system of larger dimensions only a single one Must be carried out once, it is advisable to keep the covers that have been used, to allow readjustment in the event of a later replacement of a defective facet to be able to do without difficulty.
Da das erfindungsgemäße Konzentrator-System nicht nur bei Bauwerken verschiedenster Art, sondern auch bei Solarkraftwerken Anwendung finden soll, fällt der Kostenaufwand je Kilowatt re-.flektierter Strahlungsleistung ganz erheblich ins Gewicht. Man wird deshalb versuchen, die Dimensionen eines iteflektor-ülementes vor allem nach ökonomischen Gesiehtspunkten festzulegen.Since the concentrator system according to the invention is not only used in buildings of various kinds, but also to be used in solar power plants, falls the cost per kilowatt of reflected radiation power is quite considerable weight. One will therefore try to determine the dimensions of an iteflector element to be determined primarily from an economic point of view.
Die besonders günstige Annäherung an eine Quadratform ist möglich, wenn man einen südlichen Berghang von ungefähr 30 Grad Neigung als Aufstellungsort des Konzentratorfeldes zur Verfügung hat. In diesem Falle ist nämlich das Beschattungsproblem weitgehend gelöst, das bei horizontaler Basis zur Bevorzugung der flachen Rechteckform zwingt. Ferner kann es wirtschaftlich sein, die Facettenplatten bei Kraftwerksanlagen mit doppelter Kantenlänge und somit vierfacher Fläche zu produzieren, weil die Zahl der Justierschrauben/m2 auf ein Viertel zurückgeht.The particularly favorable approximation to a square shape is possible, if you have a southern mountainside with an inclination of about 30 degrees as the installation site of the concentrator field is available. In this case there is namely the problem of shading largely solved, with a horizontal base in favor of the flat rectangular shape forces. It can also be economical to use the facet plates in power plants to produce with twice the edge length and thus four times the area, because the number the adjustment screws / m2 is reduced by a quarter.
Auch die Justier-Arbeiten lassen sich entsprechend verbilligen.Adjustment work can also be reduced accordingly.
Der größere IArennfleck ist bei Konzentrator-Systemen dieses Ausmaßes ohne Belang. Im übrigen wird als bekannt vorausgesetzt, daß die Situation umso günstiger wird, je näher ein Von zentratorfeld an den beiden Wendekreisen liegt. Allerdings soll mit dem erfindungsgemäßen System auch der Nachweis erbracht werden, daß bereits in Mitteleuropa der spezifische Kostenaufwand für ein Solarkraftwerk, der sich aus Investitions- und Betriebskosten zusammensetzt, überraschend niedrig ist. Sowohl im Bereich der Alpen als auch der Pyrenäen und verschiedener Mittelgebirge ist die Standortfrage leicht zu lösen, weil dort kein wertvolles Kulturland in Anspruch genommen werden muß. Die Kühlung der Heißgas- oder Dampfturbinen dürfte sich in den meisten Fällen ohne Schwierigkeiten bewältigen lassen. Es ist sogar durchaus vorstellbar, daß die anfallende Abwärme benachbarten Bergdörfern zu großem Vorteil gereicht.The larger race spot is on concentrator systems of this size irrelevant. Otherwise it is assumed to be known that the The closer one of the centrator fields to the two tropics, the more favorable the situation lies. However, the system according to the invention is also intended to provide evidence that already in Central Europe the specific costs for a solar power plant, which is made up of investment and operating costs, surprisingly low is. Both in the area of the Alps and the Pyrenees and various low mountain ranges the location question is easy to solve because there is no valuable cultivated land must be taken. The cooling of the hot gas or steam turbines is likely to be in deal with most cases without difficulty. In fact, it is it is conceivable that the waste heat produced in neighboring mountain villages would be of great benefit enough.
Der H o c h t e m p e r a t u r s p e i c h e r stellt eine bedeutungsvolle Komponente des erfindungsgemäßen Energiesystems dar, weil er die Aufgabe hat, die starken Schwankungen des Energieangebotes auszugleichen. Obwohl seine Idealform eine Kugel wäre, wird aus ökonomischen Gründen vorgeschlagen, eine Kombination aus einem Zylinder h/d = 0,40 mit zwei Kegelstumpfen h/d = 0,30 und einer Mantelneigung von 45 Grad zu wählen.The H o c h t e m p e r a t u r s p e i c h e r represents a significant Component of the energy system according to the invention because it has the task of to compensate for strong fluctuations in the energy supply. Although its ideal form a ball would, for economic reasons, be a combination of a cylinder h / d = 0.40 with two truncated cones h / d = 0.30 and a slope of 45 degrees to choose.
Bei dieser Lösung entspricht der Vertikalschnitt durch das Speicherzentrum ungefähr einem regelmäßigen Achteck. Berechnet man das Verhältnis Alantelfliiche/Volumenw stellt man fest, daß es nur um etwa 3 % ungünstiger ist als das entsprechende Verhältnis bei einer Kugel gleichen Volumens. Diesem geringfügigen Nachteil stehen große Vorteile hinsichtlich der Herstellungskosten und der Systematisierungsmöglichkeiten gegenüber.In this solution, the vertical section through the storage center corresponds roughly a regular octagon. If the ratio of aluminum surface area / volume is calculated it is found that it is only about 3% less favorable than the corresponding ratio for a sphere of the same volume. This minor disadvantage has great advantages in terms of production costs and systematization options.
Trägt man in ein Diagramm mit logarithmischer Abszissenteilung die Speichervolumina von 1 - 10 - 100 - 1000 - 10 000 .... m3 und die zugehörigen Verhältnis zahlen M/V - in Ordinatenform -ein, erhält man eine degressive Verbindungskurve, die asymptotisch auf M/V = 0 zugeht. Bei einem Speichervolumen von i m7 beträgt M/V fast genau 5,0 m2/m5, bei 1000 m3 ergeben sich nur 0,5 m2/m3. Die Verhältniszahl M/V ist umgekehrt proportional zur dritten Wurzel des Speichervolumens. kieses Gesetz gilt prinzipiell für alle denkbaren Speicherformen, soweit die jeweilige Ähnlichkeit des gewählten körpers gewahrt bleibt.If you put the Storage volumes from 1 - 10 - 100 - 1000 - 10 000 .... m3 and the corresponding ratio numbers M / V - in ordinate form - one, one obtains a degressive connecting curve, which asymptotically approaches M / V = 0. With a storage volume of i m7 M / V almost exactly 5.0 m2 / m5, at 1000 m3 the result is only 0.5 m2 / m3. The ratio M / V is inversely proportional to the third root of the storage volume. gritty law applies in principle to all conceivable storage forms, as far as the respective similarity the chosen body is preserved.
Man erkennt bereits, daß ein Hochtemperaturspeicher mit wachsendem Rauminhalt immer günstiger wird, weil die spezifischen Kosten der wärmedämmenden Außenschale stark zurückgehen. Ab einer Speichergröße von ungefähr 1000 m³ - Durchmesser und Höhe würden in diesem Falle ein Lichtmaß von 12,12 m haben -kann es zwecksmäßig sein, vom regelmäßigen Achteck des Vertikalschnittes zugunsten eines gedrückten Achtecks abzuweichen und den Speicherkörper somit diskusähnlich auszubilden. Diese bautechnischen Überlegungen können sinnvollerweise nur unter Berücksichtigung der jeweiligen Baugrundverhältnisse vorgenommen werden.You can already see that a high-temperature storage system increases with increasing Volume is becoming cheaper because of the specific cost of thermal insulation Outer shell decline sharply. From a storage size of approx. 1000 m³ - diameter and height would in this case have a clear dimension of 12.12 m - it can be useful be, from the regular octagon of the vertical section in favor of a pressed one To deviate from an octagon and thus to form the storage body in a disk-like manner. These Structural considerations can only sensibly take into account the respective subsoil conditions.
I)as Speichervolumen muß in optimaler Relation zur Nutzfläche des Konzentrator-Systems und zum jeweiligen spezifischen Energie-Angebot stehen, wenn man die Gesamtanlage so rationell wie möglich gestalten will. Als Faustregel mag zunächst gelten, daß in unseren Breiten der Speicherinhalt in m³ mindestens so groß sein sollte wie die Reflektorfläche in m². Diese wiederum kann je m2 und Jahr ungefähr 1000 bis 1200 kWh an Strahlungsenergie liefern. Der Gesamtwirkungsgrad hängt in erster Linie vom Anteil der Wärmepumpen-Enrgie am Gesamtverbrauch ab und wird deshalb bei Wohnanlagen und Schwimmbädern erheblich höher liegen als bei Industrie- und Kraftwerksanlagen. Interessant dürfte die Feststellung sein, daß die Monate Mai, Juni, Juli und August sowohl in Mittel- als auch in Südeuropa etwa 50 % der jährlichen Strahlungsenergie anbieten. Die absolute Energiemenge ist allerdings beispielsweise in Portugal ungefähr eineinhalb mal so groß wie in Oberbayern und bewegt sich in einer Größenordnung von 1700 kWh/m2.a.I) the storage volume must be in optimal relation to the usable area of the Concentrator system and the respective specific energy offer, if you want to design the entire system as efficiently as possible. As a rule of thumb, I like First of all, in our latitudes, the storage capacity in m³ is at least as large should be like the reflector area in m². This in turn can be approximately per m2 and year Deliver 1000 to 1200 kWh of radiant energy. The overall efficiency depends on primarily depends on the share of heat pump energy in total consumption and is therefore in residential complexes and swimming pools are considerably higher than in industrial and Power plants. It should be interesting to note that the months of May, June, July and August in both Central and Southern Europe about 50% of the annual Offer radiant energy. The absolute amount of energy is, however, for example in Portugal about one and a half times as big as in Upper Bavaria and moves in an order of magnitude of 1700 kWh / m2.a.
Der Hochtemperaturspeicher wird erfindungsgemäß mit Feststoffgranulat von möglichst hoher Rohdichte und spezifischer Wärme gefüllt. Besonders preisgünstig ist Mischkies mit Feinsandzusatz, die Festlegung der optimalen Kornzusammensetzung ist sehr einfach. Die damit erreichbare Wärmekapazität beträgt ungefähr 500 kcal/m3.K und entspricht somit der halben Wasserkapazität von 1000 kcal/m3.K. Bringt man in den Kernbereich des Speichers Gußeisen- oder Stahlschrott und bettet man dieses Material in eine geeignete Kiessandmischung ein, erzielt man nicht nur die beachtliche Wärmekapazität von etwa 850 kcal/m3.K, sondern auch den Vorteil einer rascheren Wärmeableitung von der Höchsttemperaturzone zur Speicherperipherie. Auf diese Weise läßt sich die Isothermenlage sehr positiv beeinflussen. Bei Großspeichern kann es sinnvoll sein, mit Hilfe der elektronischen Datenverarbeitung und geeigneter Programme eine Optimierung der Füllung durchzuführen.According to the invention, the high-temperature storage device is made with solid granules filled with the highest possible density and specific heat. Particularly inexpensive is mixed gravel with the addition of fine sand, the determination of the optimal grain composition is very easy. The heat capacity that can be achieved with this is approximately 500 kcal / m3.K and thus corresponds to half the water capacity of 1000 kcal / m3.K. If you bring in the core area of the storage facility is cast iron or steel scrap and embeds it Material in a suitable gravel sand mixture, one not only achieves the considerable Heat capacity of about 850 kcal / m3.K, but also the advantage of faster Heat dissipation from the maximum temperature zone to the storage periphery. In this way the isothermal position can be influenced very positively. With large storage systems it can be useful with the help of electronic data processing and suitable programs to optimize the filling.
Die Außenschale des Hochtemperaturspeichers hat vor allem die Aufgabe, den Wärmeverlust auf ein Minimum zu beschränken. Zu diesem Zwecke wird vorgeschlagen, seriengefertigte Vakuumplatten mit keramischem Stützkern und verspiegelten Abdeckblechen aus Stahl oder Leichtmetall zu verwenden. Durch einen Spitzhöckerraster auf beiden Seiten des Stützkernes wird die erforderliche Distanz zwischen Kern und Blechhülle erzwungen. Selbstverständlich läßt sich dieses Grundprinzip auch variieren.The main task of the outer shell of the high-temperature storage tank is to keep heat loss to a minimum. For this purpose it is proposed that Series-produced vacuum plates with ceramic support core and mirrored cover plates made of steel or light metal to be used. By a grid of pointed humps on both Side of the support core is the required distance between core and sheet metal shell forced. Of course, this basic principle can also be varied.
Für die beiden Kegelstumpfbereiche werden trapezförmige, für den Zylinderbereich rechteckige Vakuumplaten eingesetzt. Da es unsinnig wäre, den Platten-Elementen eine Krümmung zu geben, handelt es sich in Wirklichkeit um Pyramidenstumpfe und um ein Prisma mit polygonaler Basis. Alle übrigen Details der Formgebung und der Verbindungsgestaltung betreffen in erster Linie den Bereich der Fertigungs- und Montagerationalisierung und bedürfen deshalb keiner weiteren Erörterung.For the two truncated cone areas are trapezoidal, for the cylinder area rectangular vacuum plates are used. Since it would be nonsensical to use the plate elements to give a curvature, it is really a truncated pyramid and around a prism with a polygonal base. All other details of the design and the Connection design primarily concern the area of manufacturing and Assembly rationalization and therefore do not require any further discussion.
Um die Möglichkeit einer späteren Nachevakuierung offenzuhalten, wird vorgeschlagen, die Vakuumplatten über dünne Metallrohre mit einer zentralen Saugpumpstation zu koppeln. Diese Methode kann für den Zylindermantelbereich von großer Bedeutung sein, weil durch eine gezielte Steuerung des Unterdruckes der Wärmedurchlaßwiderstand der Zone beeinflußt wird, die erfindungsgemäß der Energie-Abgabe vorbehalten ist. Bildet man nämlich außerhalb des eigentlichen Zylindermantels drei ring förmige Kammern in konzentrischer Anordnung aus, erhält man drei verschiedene Temperaturniveau's. Die erste Kammer kann als Hochtemperaturkammer, die zweite als Hitteltemperatur-und die dritte als Niedertemperaturkammer bezeichnet werden.In order to keep the possibility of a later evacuation open, suggested the vacuum plates via thin metal tubes with a central suction pumping station to pair. This method can be of great importance for the cylinder jacket area be, because through a targeted control of the negative pressure of the thermal resistance the zone is influenced, which according to the invention is reserved for the release of energy. If you form three ring-shaped outside of the actual cylinder jacket Chambers in a concentric arrangement, you get three different temperature levels. The first chamber can be used as a high temperature chamber, the second as a medium temperature and the third can be referred to as the low temperature chamber.
Die Wärmeenergie der Speicherfüllung läßt sich auf einfache Weise mittels zirkulierender Luft abziehen, deren Strömungsgeschwindigkeit dem jeweiligen Bedarf angepaßt werden kann.The thermal energy of the storage tank filling can be easily way by means of circulating air, the flow speed of which corresponds to the respective Can be adjusted as required.
Die Hochtemperaturkammer versorgt das IÇraftstrom-Aggregat, die Mitteltemperaturkammer beschickt den Wärmepumpenantrieb, und die Niedertemperaturkammer beliefert die Warmwasser- bzw.The high temperature chamber supplies the power unit, the medium temperature chamber feeds the heat pump drive and the low-temperature chamber supplies the hot water respectively.
Warmluftheizung. Dieses Dreikammer-System" kommt in erster Linie für Industrieanlagen infrage, weil dort drei verschiedene Temperaturniveau's in vielen Fällen nützlich sind. Bei Wohnanlagen, Verwaltungsgebäuden, Supermärkten u. ähnl. genügt die Anwendung eines "%weikammer-Systems", bei Solarkraftwerken kann man sich sogar auf ein "Einkammer-System" beschränken. Anstelle von Luft kann unter Umständen auch Kohlendioxyd oder Thermoöl als Wärmetransportmedium in Erwägung gezogen werden; die jeweils optimale Lösung hängt nicht zuletzt von.den gewählten Antriebsmaschinen bzw. Wärmeaustauschern ab.Warm air heating. This three-chamber system "comes primarily for Industrial plants in question because there are three different temperature levels in many Cases are useful. In residential complexes, administrative buildings, supermarkets and the like. the application of a "% weikammer system" is sufficient, with solar power plants one can even restrict it to a "single-chamber system". Instead of air it may be possible carbon dioxide or thermal oil can also be considered as a heat transport medium; the optimal solution in each case depends not least on the drive machines selected or heat exchangers.
Je kleine das Speichervolumen zu konzipieren ist, desto wichtiger wird der Wärmedurchlaßwiderstand des Speichermantels.The smaller the storage volume is to be designed, the more important it is becomes the thermal resistance of the storage jacket.
Bei Großspeichern mit niedriger Verhältnis zahl M/V ist cs durchaus möglich, auf die Verwendung von Vaknumplatten zu verzichten und ersatzweise Mineralfasermaterial in ausreichender Dicke einzubauen. Für die Energieentnahmezone muß allerdings eine geeignete Maßnahme gefunden werden, die sich zweckmäßigerweise nicht allzusehr vom bereits beschriebenen Ringkammerprinzip unterscheiden sollte.In large storage systems with a low M / V ratio, cs is definitely possible to dispense with the use of vacuum plates and instead use mineral fiber material to be installed in sufficient thickness. For the energy extraction zone, however, one must suitable measure can be found, which is expediently not too divergent should distinguish already described ring chamber principle.
Die Energie der Solarstrahlung wird über einen Versorgungsmast in das Speicherzentrum gelenkt, von wo sie sich radial durch Wärmeleitung der Speicherfüllung mitteilt. Der Versorgungsmast wird im wesentlichen durch ein innenverspiegeltes Stahlrohr dargestellt, dessen Kopf mit einer konischen Erweiterung und einem Stahlgehäuse versehen ist, das in Richtung des Konzentrator-Systems eine Öffnung aufweist. Hinter dieser Öffnung ist ein Umlenkspiegel von extrem hohem ileflexionsvermögen eingebaut, der die Mittelachse des Strahlenbündels der richtungsjustierten Facettenplatten zur Übereinstimmung mit der Stahlrohr-Längsachse bringt. Zwecks weitgehender Vermeidung einer Mehrfachreflexion an der verspiegelten Rohrwand und der daraus folgenden Energieverluste muß der lichte Durchmesser des Rohres eine ausreichende Größe besitzen. Es besteht grundsätzlich auch die Möglichkeit, ein konisches Stahlrohr zu verwenden, das sich von oben nach unten leicht verjüngt. Die untere Öffnung des Spiegelrohres befindet sich im Mittelpunkt bzw. im Schwerpunkt des Hochtemperaturspeichers, eine Umhüllung mit Stahl- oder Aluminiumwolle in Kugelform sorgt für den zügigen Weitertransport der eingestrahlten Solarenergie. Durch Einbau einer drehbaren Verschlußklappe mit unterseitiger Verspiegelung wird erreicht, daß bei Bewölkung oder während der Nacht ein relativ geringer Energieverlust infolge Rückstrahlung eintritt. Die automatische Steuerung dieser Klappe, die zweckmäßigerweise im Bereich der Speicheroberkante untergebracht wird, läßt sich problemlos rerealisieren Zusätzlich kann erwogen werden, den Umlenkspiegel am Mastkopf drehbar zu lagern und synchron mit der Verschlußklappe zu steuern.The energy of the solar radiation is in directed to the storage center, from where it spreads radially through thermal conduction of the storage filling notifies. The supply mast is essentially covered by an internally mirrored one Steel tube shown, its head with a conical extension and a steel housing is provided, which has an opening in the direction of the concentrator system. Behind A deflecting mirror of extremely high reflectivity is built into this opening, which is the central axis of the beam of the directionally adjusted facet plates brings it to match the longitudinal axis of the steel pipe. For the sake of extensive avoidance multiple reflections on the mirrored pipe wall and the resulting energy losses must the light one Diameter of the pipe have a sufficient size. In principle, there is also the option of using a conical steel tube, that tapers slightly from top to bottom. The lower opening of the mirror tube is located in the center or in the focus of the high-temperature storage, a Sheathed with steel or aluminum wool in spherical form ensures rapid onward transport the irradiated solar energy. By installing a rotatable shutter with Underside mirroring is achieved that when it is cloudy or during the night there is a relatively low energy loss due to reflection. The automatic Control of this flap, which is expediently in the area of the upper edge of the storage tank is accommodated, can easily be realized In addition, it can be considered to mount the deflection mirror on the mast head rotatably and synchronously with the closure flap to control.
Der Versorgungsmast erhält im Normalfalle eine drei- oder vierachsige Stahlseilverspannung, die seine Position auch bei Sturm sichert. Will man jedoch ein starres Konzentratorsystem einsetzen, muß man eine Möglichkeit schaffen, daß der Mastkopf der Wanderkurve des Strahlungsbündels folgt. Ein teleskopierbares Prinzip mit einachsigem Fußgelenk erfüllt diese Bedingung. Zwecks Reduzierung des Schwenkungswinkels wäre es allerdings sehr sinnvoll, zwei Versorgungsmaste anzuordnen, deren Verbindungsachse zum Zentrum des Konzentrator-Systems mit der Nord/Süd-Achse dieses Systems jeweils einen Winkel von ca. 250 einschließt. Zur Mittagsstunde müßte in diesem Falle das Strahlungsbündel den Südsüdwest-Mast verlassen und auf den Südsüdost-Mast übergehen. Zwei Versorgungsmaste führen fast zwangsläufig zur Planung eines "Zwillingsspeichers", der erheblich kostenaufwendiger wäre als der Einfachspeicher gleichen Volumens.The supply mast is usually given a three- or four-axle structure Steel cable tension that secures its position even in storms. But you want to Using a rigid concentrator system, one must create a way that the mast head follows the traveling curve of the radiation beam. A telescopic principle with a uniaxial ankle meets this requirement. For the purpose of reducing the swivel angle However, it would be very useful to arrange two utility poles, their connecting axis to the center of the concentrator system with the north / south axis of this system, respectively encloses an angle of approx. 250. In this case it would have to be at noon Radiation bundles leave the south-south-west mast and go over to the south-south-east mast. Two utility masts almost inevitably lead to the planning of a "twin storage facility", which would be considerably more expensive than simple storage of the same volume.
Berücksichtigt man ferner die Mehrkosten der "7.willingsmastkonstruktion" und der zugehörigen Steuerungsorgane, wird man letztlich zu (leim Ergebnis kommen, daß ein gelenkiges Konzentrator-System normalerweise viel wirtschaftlicher ist. Eine Ausnahme mag sich dann ergeben, wenn in wendekreisnahen Zonen so viel Solarenergie zur Verfügung steht, daß man auf die Verwertung der Morgen- und Abendstrahlung ohne weiteres verzichten kann. Dadurch entfällt die Zwillingslösung, und der ostenvergleich reduziert sich auf die Alternative (relenkkonzentrator mit Starrmast oder Starrkonzentrator mit teleslçopierbarem Gelenkmast. Die Solarnutzung würde sich ungefähr auf die Zeit von 9 Uhr bis 15 Uhr beschränken, die zugehörige Jahressonnenstundenzahl könnte trotzdem in der Größenordnung von 1800 bis 2000 liegen und somit noch sehr interessant sein.If one also takes into account the additional costs of the "7th twin mast construction" and the associated control organs, one will ultimately come to (glue result, that an articulated concentrator system is usually much more economical. An exception may arise if there is so much solar energy in areas close to the tropic is available that one can use the morning and evening radiation without forego further can. This eliminates the twin solution, and the east comparison is reduced to the alternative (relenk concentrator with Rigid mast or rigid concentrator with telescopic articulated mast. The use of solar energy would be limited to approximately the time from 9 a.m. to 3 p.m., the associated time The annual number of hours of sunshine could still be in the range of 1800 to 2000 and thus still be very interesting.
Die D r e h s t r o m e r z e u g u n g erfolgt bei größeren Anlagen unter Verwendung einer Heißgas- oder Dampfturbine mit geschlossenem Kreislauf. Da der Wärmeenergieabzug für diesen Zweck auf dem höchsten Temperaturniveau stattfindet, kann der thermische Wirkungsgrad durchaus bei ungefähr 0,50 bis O, 55 liegen. Bei kleineren Anlagen dürfte ein iIeißgas- oder Dampf motor wirtschaftlicher sein. Nach Abschluß der geplanten Versuchsreihe im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Wellzahnband-Drehkolbenmotor mit Kämm-Eingriff besteht die Aussicht auf ein neuartiges Antriebssystem, das beispielsweise mit hochverdichtetem Helium in geschlossenem Kreislauf ausgerüstet sein kann. In einem Gehäuse mit Hechteclckontur sind in paarweiser Zuordnung vier parallelachsige Wellzahnbandwalzen gelagert, die den bogenrechteckförmigen Arbeitsraum einschließen.Rotation takes place in larger systems using a hot gas or closed cycle steam turbine. There the heat energy deduction for this purpose takes place at the highest temperature level, the thermal efficiency can be around 0.50 to 0.55. at For smaller systems, a hot gas or steam engine is likely to be more economical. To Completion of the planned series of experiments in connection with the corrugated tooth belt rotary piston engine according to the invention with combing engagement there is the prospect of a new type of drive system, for example can be equipped with highly compressed helium in a closed circuit. In a housing with a pike square contour are paired with four parallel axes Corrugated toothed belt rollers stored, which enclose the curved rectangular work space.
Das eine Walzenpaar fördert das Medium in den Arbeitsraum hinein, das andere entläßt es wieder. Ein zentrales Rohrbündel mit durchstrdmender Heißluft gibt Wärmeenergie an den Arbeitsraum ab und erhöht sein Druckniveau. Durch Kopplung der beiden Walzenpaare mit einem vorzugsweise stufenlosen Übersetzungsge triebe erzielt man ein resultierendes Drehmoment. Die Drehzahl kann sowohl durch Änderung der Übersetzung als auch durch Regelung der Wärmezufuhr beeinflußt werden0 Bei einem Übersetzungsverhältnis von 1,0 kommt das System zum Stillstand, weil sich die Drehmomente neutralisieren. Eine Unterbrechung der Wärmezufulir würde zwar zum gleichen ilesultat führen, jedoch eine gewisse Trägheit aufweisen. Als Kühlmedium wird normalerweise Wasser verwendet, das die aufgenommene Wärmeenergle der Raumheizung zur Verfügung stellen kann; leitet man durch den Kühler die Sole des Wärmepumpenkreislaufes, kann man damit die Güteziffer verbessern. Alternativ ist auch Luftkühlung möglich, die vor allem dann vorteilhaft ist, wenn man eine Warmluftheizung oder eine Trocknungsanlage zu versorgen hat. Die neuartiee Drehkolbenmaschine kann auch als Kaltdampfmotor gebaut werden und in diesem Falle eine interessante Möglichkeit zur Direkteinstrahlung von Solarenergie in den Arbeitsraum bieten.One pair of rollers conveys the medium into the work area, the other releases it again. A central tube bundle with hot air flowing through it releases heat energy to the work area and increases its pressure level. By coupling of the two pairs of rollers with a preferably continuously variable transmission gear a resulting torque is achieved. The speed can both by changing the translation as well as by regulating the heat supply Gear ratio of 1.0, the system comes to a standstill because the torques neutralize. An interruption in the supply of heat would lead to the same result lead, but have a certain inertia. The cooling medium is normally Water is used, which makes the absorbed heat energy available for space heating can provide; if the brine of the heat pump circuit is passed through the cooler, it can to improve the figure of merit. Alternatively, air cooling is also possible, which is especially advantageous if you have hot air heating or has to supply a drying system. The new rotary piston machine can also be built as a cold steam engine and in this case an interesting option for direct irradiation of solar energy into the work area.
Als Konzentrator kommt beispielsweise die vom Anmelder entwickelte "Thermodüse" infrage.The concentrator developed by the applicant, for example, is used as a concentrator "Thermal nozzle" in question.
Das Drehkolbensystem erlaubt aufgrund des Fehlens störender Massenkräfte eine großzügige Dimensionierung mit entsprechend hohem Durchsatz. Es kann deshalb in Leistungsbereichen wirtschaftlich sein, die bisher der Turbine vorbehalten waren.The rotary piston system allows due to the lack of disruptive inertia forces generous dimensions with a correspondingly high throughput. It can therefore be economical in performance areas that were previously reserved for the turbine.
Das Wellzahnband reagiert flexibel auf etwaige thermische oder dynamische Verformungen, es ermöglicht ferner eine nahezu ideale Kühlung der Kolbenoberfläche. Die günstigste Zähnezahl dürfte zwischen 12 und 16 liegen. Die endgültige Optimierung muß der Versuchsreihe überlassen werden.The corrugated toothed belt reacts flexibly to any thermal or dynamic Deformations, it also enables an almost ideal cooling of the piston surface. The cheapest number of teeth should be between 12 and 16. The final optimization must be left to the test series.
Die W ä r m e p u m p e kann ihre Antriebsenergie entweder aus dem Drehstromgenerator oder aus der Mitteltemperaturkammer des Speichers beziehen, Im ersten Falle käme ein Drehstrommotor, im zweiten vorzugsweise ein Kaltdampfmotor zum Einsatz.The heat p u m p e can get its drive energy either from the Three-phase generator or refer to the medium-temperature chamber of the storage tank, Im The first case would be a three-phase motor, in the second, preferably a steam engine for use.
Liegt der Kraftstrombedarf im Verhältnis zum Heizungswärmebedarf sehr hoch, wird aufgrund des entsprechend leistungsstark auszulegenden brehstromaggregates eine Elektrowärmepumpe vermutlich die ökonomischere Lösung darstellen. Bei mäßigem Strombedarf dürfte die Wärmekraftmaschine sinnvoller sein. Grundsätzlich besteht aber auch noch die dritte Möglichkeit, die Wärmepumpe direkt mit dem Generatorantrieb zu koppeln und dafür zu sorgen, daß sie zeitweilig abgeschaltet werden kann. Diese Methode wäre vor allem dann zu erwägen, wenn die Generatorleistung erheblich größer als die Wärmepumpenleistung ist. Unter dieser Voraussetzung würde nämlich eine abrupte Drehzahl erhöhung beim Generatorantrieb und ein daraus resultierender Frequenzsprnng weitgehend verhindert. Der Anbau eines Kompensatorsystems önnte unter Umständen von Nutzen sein.Is the power demand in relation to the heating demand very high high, due to the three-phase generator that has to be designed accordingly an electric heat pump is probably the more economical solution. With moderate The heat engine is likely to make more sense when it requires electricity. Basically there is but also the third option, the heat pump directly with the generator drive to pair and to ensure that it can be temporarily switched off. These Method should be considered especially if the generator output is considerably larger than the heat pump output. Under this condition it would be an abrupt one Speed increase in the generator drive and a resulting frequency jump largely prevented. The installation of a compensator system could be possible under certain circumstances to be useful.
Die " S t r a h 1 u n g 5 w ä r m e p u m p e " befindet sich noch im ersten Entwicklungsstadium und kann deshalb nur der Vollständigkeit halber erwähnt werden. Sie hat erfindungsgemäß die Aufgabe, diffuse Temperaturstrahlung in Wärme auf verwertbarem Niveau umzusetzen. Die bisher durchgeführten Laborversuche lassen erkennen, daß der Weg zur antriebslosen Wärmepumpe noch eine geraume Zeit in Anspruch nehmen kann, falls er überhaupt zum Erfolg führt. Zunächst scheint es am vorteilhaftesten zu sein, mit einem "sonnenoffenen" Linearkonzentrator zu experimentieren, der mit einer Reflektorlamellengruppe in besonders günstiger Anordnung ausgestattet ist und deshalb den größtmöglichen Prozentsatz der Globalstrahlung einzufangen in der Lage ist. Der Einbau dieses großvolumigen Konzentrators erfolgt zweckmäßigerweise in einem Graben von besonderer Querschnittsgestaltung, als Abdeckung können satteldachförmige Elemente aus lichtdurchlässigen Werkstoffen verwendet werden0 Ob es technisch sinnvoll wäre, einen"sonnengeschlossenen" Linear- oder Kugelkonzentrator zu bauen, der ein "Perpetuum mobile der 2. Art" darstellen würde, muß zunächst dahingestellt bleiben. Immerhin dürfte die laufende Versuchsreihe zu neuen Erkenntnissen auf dem Gebiet der Temperaturstrahlung führen.The "S t r a h 1 u n g 5 wär m e p u m p e" is still there in the first stage of development and can therefore only be mentioned for the sake of completeness will. According to the invention, it has the task of converting diffuse thermal radiation into heat on usable To implement level. The ones carried out so far Laboratory tests show that the way to a non-powered heat pump is still another can take a considerable amount of time, if it leads at all to success. First it seems to be most beneficial to use a "sun-exposed" linear concentrator to experiment, the one with a reflector lamella group in particularly favorable Arrangement is equipped and therefore the largest possible percentage of global radiation is able to capture. This large-volume concentrator is installed expediently in a trench with a special cross-sectional design, as a cover Gable roof-shaped elements made of translucent materials can be used0 Whether it would make technical sense to use a "sun-closed" linear or spherical concentrator to build, which would represent a "perpetual motion machine of the 2nd kind", must first be left open stay. After all, the current series of tests should lead to new findings on the Lead area of thermal radiation.
Möglicherweise bedarf der 2. Hauptsatz der Thermodynamik noch einer Korrektur.Possibly the 2nd law of thermodynamics needs another one Correction.
Der H y b r i d m o t o r wird erfindungsgemäß dort eingesetzt, wo ungünstige Voraussetzungen für die Anwendung des Fnergiehaukastens" bestehen. Die. neuartige lSraftmaschine er-VC'1I<rt ihr Drehmolnent sowohl aus Sonnen- als auch aus Windkraft.According to the invention, the H y b r i d m o t o r is used where unfavorable conditions for the use of the Fnergiehaukasten "exist. The. A new type of power machine er-VC'1I <rt your torch from both solar and from wind power.
Als Standort kommen vor allem küstennahe oder gebirgige Zonen in Betracht. Mit dem vertikalen Gittermast von mäßiger Höhe ist die Rotorwelle gelenkig dergestalt verbunden, daß sie senkrecht zur jeweiligen Sonnenbahn ausgerichtet und in dieser Lage fixiert werden kann. Der Rotor besteht entweder aus wannenförmigen oder aus drehsymmetrischen Konzentratoren von parabolischem oder andersartigem Querschnitt. Aufgrund des stark differierenden Strömungswiderstandes von Konzentratorfront-und -rückseite entsteht ein resultierendes Drehmoment, dessen Größe mit der Windgeschwindigkeit wächst. Auftreffende Solarstrahlung wird im Basisbereich der Konzentratoren auf ein möglichst hohes Temperaturniveau angehoben und auf ein flüssiges oder gasförmiges Wärmetransportmedium übertragen Sämtliche Konzentratoren - in der Reel dürfte es sich um sechs handeln -sind über eine Ringleitung miteinander gekoppelt. Die gewonnene Strahlungsenergie kann beispielsweise über einen Kaltdampfmotor in Lotationsleistung umgesetzt werden. Es ist also möglich, den Hybridmotor auch dann in Gang zu halten, wenn absolute Windstille herrscht und nur die Sonne scheint.In particular, coastal or mountainous areas come into consideration as a location. With the vertical lattice mast of moderate height, the rotor shaft is articulated in this way connected that they are aligned perpendicular to the respective sun path and in this Can be fixed in position. The rotor consists either of trough-shaped or of rotationally symmetrical concentrators of parabolic or other cross-section. Due to the strongly differing flow resistance of the concentrator front and -back side there is a resulting torque, its magnitude with the wind speed grows. Impinging solar radiation is in the base area of the concentrators as high a temperature level as possible and raised to a liquid or gaseous Transferring heat transfer medium All concentrators - it should be in the Reel are six -are with each other via a ring line coupled. The radiation energy obtained can be used, for example, by means of a cold steam engine can be converted into lotation performance. So it is possible to use the hybrid engine too to keep going when there is absolutely no wind and only the sun is shining.
Da die Spitze der Itotorwelle in Nordrichtung zu kippen ist, ergibt sich kein nennenswerter Nachteil bei der Ausnutzung der Windenergie, weil in der Regel der Wind aus westlichen oder östlichen Richtungen weht. Der Vorteil der Rotorschräglage hinsichtlich des Solarstrahlungseinfalles dürfte erheblich stärker ins Gewicht fallen. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, die wirksame Einstrahlungsfläche durch Anbrin-(rung zweier achsparalleler Reflektorstreifen in Schrägrichtung zur Einstrahlung beachtlich zu vergrößern. Der Zwillingsreflektor muß schwenkbar gelagert sein, um seine jeweils optimale Position einnehmen zu können.Since the tip of the Itotorwelle is to be tilted to the north, results there is no significant disadvantage in the use of wind energy, because in the Usually the wind blows from the west or east. The advantage of the inclined rotor position with regard to the incidence of solar radiation, it should be considerably more significant. Basically there is the possibility of increasing the effective irradiation area by attaching ( two axially parallel reflector strips in the oblique direction to the irradiation considerable to enlarge. The twin reflector must be pivoted to its respective to be able to take the optimal position.
Der llybridmotor soll in erster Linie dazu dienen, über einen entsprechenden Generator Gleich- oder Wechselstrom zu erzeugen. In Anbetracht der schwankenden Leistung wird in den meisten Fällen eine Zwischenspeicherung mittels Akkumulatoren notwendig sein.The llybridmotor should primarily serve to have a corresponding Generator to produce direct or alternating current. Considering the fluctuating In most cases, performance is an intermediate storage by means of accumulators to be necessary.
Eine besonders intensive Verwertung der Umweltenergie läßt sich realisieren, wenn man die onzentratoren nicht nur fiir die solarthermische, sondern auch für die fotovoltaische Umsetzung heranzieht. Zu diesem erfindungsgemäßen Zwecke wird jeweils eine Solarzellengruppe dort eingebaut, wo die Solarstrahlung eine besonders hohe Intensität aufweist, nämlich im Bereich des "Brennpunktes" oder der "Brennlinie". Der Solarzellentyp muß den thermischen Anforderungen entsprechen, geeignete Kühlungsmaßnahmen können von Vorteil sein. Baut man auf diese Weise den Hybridmotor zum "Tripelsystem" aus, reduziert sich die energielose Phase auf windstille Nachtstunden, also auf weit weniger als 50 7o der Jahresgesamtstden, Das Tripelsystem ist durchaus geeignet, aSleinstehende Wohnhäuser oder Gehöfte in windreichen Lagen mit einem erheblichen Teil der benötigten Energie zu versorgen. Ferner kann es sehr nützlich sein, wenn Naturkatastrophen einen Zusammenbruch des vorhandenen Stromnetzes verursachen.A particularly intensive utilization of the environmental energy can be realized, if one uses the concentrators not only for the solar thermal, but also for the photovoltaic implementation. For this purpose according to the invention a group of solar cells installed where the solar radiation is particularly important has high intensity, namely in the area of the "focal point" or the "focal line". The type of solar cell must meet the thermal requirements, suitable cooling measures can be beneficial. If you build the hybrid engine into a "triple system" in this way off, the energy-free phase is reduced to windless night hours, i.e. to far less than 50 7o of the total annual hours, the triple system is quite suitable, aSingle residential houses or farmsteads in windy locations with a considerable To supply part of the required energy. It can also be very useful though Natural disasters cause the existing power grid to collapse.
Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Konzentrator-Systems, das unter anderem den Vorzug der außergewöhnlichen Wirtschaftlichkeit und Dauerhaftigkeit bietet, läßt sich eine neuartige onzeption verwirklichen, die der Anmelder als "Solarenergie-Relaissystem" bezeichnen möchte. Der Grundgedanke liegt darin, einen Weg zu suchen, der zu einem horizontalen Energietransport von sonnenreichen zu sonnenarmen Regionen Sührt und dabei möglicherweise eine Beeinflussung der Witterung als zusätzlichen Effekt zur Folge hat.With the help of the concentrator system according to the invention, which among other things offers the advantage of exceptional economy and durability, a new conception can be realized, which the applicant calls "solar energy relay system" want to denote. The basic idea is to find a way that leads to you horizontal energy transport from sunny regions to regions lacking in the sun possibly influencing the weather as an additional effect Consequence.
Stellt man sich beispielsweise eine Hügellandschaft vor, die mit einer Kette von Reflektorstationen ausgerüstet ist, kann man die bei A einfallende Solarstrahlung auf B richten, von dort auf C lenken und schließlich bei D verwerten. Selbstverständlich ließe sich die Transportrichtung auch umkehren. Der erzielbare Wirkungsgrad kann nur durch geeignete Versuchsreihen ermittelt werden. Der Wegfall des bisher für jegliche Energieübertragung unvermeidlichen Leitungsnetzes führt zu so erheblichen Einsparungen, daß die Finanzierung großflächiger Reflektor-Anlagen völlig problem- und risikolos sein müßte.For example, if you imagine a hilly landscape with a If a chain of reflector stations is equipped, one can see the incident solar radiation at A. Aim at B, from there direct it to C and finally use it at D. Of course the direction of transport could also be reversed. The achievable efficiency can can only be determined by suitable test series. The elimination of the previously for any energy transmission inevitable in the line network leads to such considerable Savings that the financing of large-area reflector systems is completely problematic. and should be risk-free.
Man hat schließlich zu berücksichtigen, daß die Energie selbst gratis zu:r Verfügung steht.Finally, one has to take into account that the energy itself is free to: r is available.
Sollte sich dieser Erfindungsgedanke als realisierbar erweisen,,wäre es möglich, über mehrere Breitengrade hinweg ein Energieverbundnetz zu schaffen, das ganz neue Maßstäbe setzen würde. In der Endphase würde dieses System zwangsläufig zum Bau scbrimmender Itelaisstationen auf südlichen Meeren, beispielsweise auf dem Mittelmeer, führen. Die notwendige Verankerung und Dimpfung einer solchen Reflektorinsel erscheint durchaus vorstellbar. Die ersten Studien müssen sinnvollerweis auf dem Festland verwirklicht werden Besonders wichtig wäre die Klärung der maximalen Distanz zwischen zwei benachbieten Relaisstationen. Im übrigen dürfte es sich als zweckmäßig erweisen, den erfindungsgemäßen Hochtemperaturspeicher in das Verbundnetz einzubeziehen, um auf diese Weise Energiereserven zu schaffen. Mit jedem Speicher könnte eine Turbine gekoppelt werden, die bei Bedarf über einen Generator Drehstrom erzeugt und damit den Nahbereich Rer zugehörigen elaisstation versorgt. Mit der dabei gewonnenen Abwärme ließe sich beispielsweise ein öffentliches Schwimmbad beheizen. Aus Gründen der Optik und des Übertragungswirkungsgrades kann der Energietransport durch Solarstrahlung nur dann sinnvoll realisiert werden, wenn die einzelnen Relaisstationen im Zickzack angeordnet sind. Ein etwaiges Energieverbundnetz könnte im Quadratraster angelegt werden, weil dann die Solarstrahlung entweder diagonal zum Raster (Zickzack-Verfahren) oder parallel zum Raster (Aiäander-Verfahren) verläuft.Should this inventive idea prove to be realizable, would be it is possible to create an energy network across several latitudes, that would set completely new standards. In the final phase, this system would become inevitable for building scorching Itelais stations on southern seas, for example on the Mediterranean, lead. The necessary anchoring and dimming of such a reflector island seems quite conceivable. The first studies must make sense on the Mainland to be realized It would be particularly important to clarify the maximum distance between two neighboring relay stations. Otherwise it should prove to be useful prove to include the high-temperature storage system according to the invention in the network, to create energy reserves in this way. A turbine could be used with every memory are coupled, which generates three-phase current if required via a generator and thus the local area Rer the associated relay station is supplied. With the waste heat gained in the process could be heat a public swimming pool, for example. For reasons of optics and the transfer efficiency, the energy transport can only be sensibly implemented by solar radiation if the individual relay stations are arranged in a zigzag. A possible energy network could be in a square grid because then the solar radiation is either diagonal to the grid (zigzag method) or runs parallel to the grid (Aiäander method).
l)a Schwebeteilchen in der Luft den Strahlungstransport nachteilig beeinflussen würden, sollte darauf geachtet werden, daß im Bereich der "Strahlungsschneise" weder Industrieschornsteine noch staubreiche Teilflächen vorhanden sind. Durch die Verlustwärme zwischen den Reflektorstationen wird ein gewisser Sog von unten nach oben verursacht, der zusätzlich Schwebstoffe in das Strahlenbündel hineinziehen könnte, twa vorhandener Nebel wird voraussichtlich dank der Verlustwärme rasch beseitigt, auch die Wolkenbildung in der Luftschicht oberhalb der Schneise dürfte sehr wahrscheinlich gehemmt werden.l) a suspended particles in the air have a detrimental effect on the transport of radiation influence, care should be taken that in the area of the "radiation lane" there are neither industrial chimneys nor dusty areas. Through the Heat loss between the reflector stations is a certain suction from below above, which also pulls suspended matter into the beam could, twa existing fog will probably be eliminated quickly thanks to the heat loss, The formation of clouds in the air layer above the aisle is also very likely be inhibited.
Versorgt man eine Wärmekraftmaschine mit konzentrierter Strahlungsenergie, kann sie auf grundsätzlich gleiche Weise Arbeit leisten wie eine brennstoffbeheizte Kraftmaschine klassischer Bauart. Es muß allerdings eine Möglichkeit gefunden werden, das erforderliche Temperaturgefälle auf zweckmäßige Art herzustellen. Erfindungsgemäß läßt sich ein leichter Flugkörper entlang der Strahlenbündelachse fortbewegen, wenn er einen Trichterkonzentrator besitzt, der die Solarstrahlung auf das Temperaturniveau verdichtet, das sein Heifluft- oder Kaltdampfmotor benötigt. Als Kühlungsmedium kann Wasser oder ein Kältemittel mit niedriger Verdampfungstemperatur in Betracht kommen. Die Steuerung des Flugkörpers in lvichtung der Energieachse dürfte auf keine erheblichen Schwierigkeiten stoßen, Der Erfindungsgedanke des fernversorgten r'lugkörpers läßt sich auch auf die uftfahrt in größerer Höhe oder sogar auf die raumfahrt übertragen. In beiden Fällen handelt es sich darum, die direkte Solarstrahlung in motorische energie und diese wiederum in Rückstoßkraft umzusetzen. Innerhalb der Atmosphäre ist selbstverständlich auch ein Luftschraubenantrieb möglich. Der Start kann nur bei günstigem Sonnenstand, also vorzugsweise zur Mittagsstunde, erfolgen; außerdem ist weitgehende Windstille erforderlich. Der Trichterkonzentrator, den man auch als "Thermodüse't bezeichnen kann, wird vorteilhafterweise mit querverstrebten Längsschlitzen versehen, damit sein Luftwiderstand einen geringeren Wert annimmt. Alternativ ist auch ein Ringkonzentrator verwendbar, der aufgrund seiner Konstruktionsmerkmale ohnehin große Zwischenräume aufweist und somit nur wenig Widerstand bietet. Sein Gewicht dürfte bei gleiche wertiger Stabilität und Stirnfläche nicht wesentlich höher sein als das Gewicht des Trichterkonzentrators.If a heat engine is supplied with concentrated radiant energy, it can basically work in the same way as a fuel-heated one Classic design power machine. However, a way must be found to produce the required temperature gradient in an expedient manner. According to the invention a light missile can be moved along the beam axis if it has a funnel concentrator that adjusts the solar radiation to the temperature level compressed, which his hot air or cold steam engine needs. As a cooling medium can be water or a refrigerant with a low evaporating temperature come. The control of the missile in the direction of the energy axis should not be on any encounter considerable difficulties can also be transferred to aviation at greater heights or even to space travel. In both cases it is a question of the direct solar radiation in motor energy and convert this in turn into recoil force. Inside the atmosphere A propeller drive is of course also possible. Of the Start can only take place when the sun is in a favorable position, i.e. preferably at noon; In addition, extensive calm is required. The funnel concentrator that can also be called "Thermodüse't, is advantageously cross braced Provided longitudinal slots so that its air resistance takes on a lower value. Alternatively, a ring concentrator can also be used, which due to its design features anyway has large gaps and thus offers little resistance. being Weight should not be significant with the same quality stability and frontal area Be heavier than the weight of the funnel concentrator.
Als dritte Möglichkeit, die auch in anderen Anwendungsbereichen erhebliche Bedeutung erlangen könnte, ist der "Wabenlçonzentrator" zu nennen. Dieses erfindungsgemäße System besteht aus zahlreichen Thermodüsen in Kegel- oder Pyramidenstumpf form, die in ringähnlichen Gruppen um die Zentral- oder leitdüse herum angeordnet sind. Von lting zu Ring nimmt die Längsachse der Einheiten eine schrägere Position ein, sämtliche Längsachsen schneiden sich mit der t'Leitachse". Auf diese Weise wird die parallel zur Leitachse einfallende Solarstrahlung auf einen kleinen Brennfleck konzentriert. Gibt man dem Wabensystem die Form einer Kugelsegment- oder Paraboloidschale, kann man durch Einfassen des Schalenrandes mit einem zugfesten Band selbst bei Verwendung sehr dünner Reflektorbleche aus Stahl oder Leichtmetall eine beachtliche räumliche Steifigkeit des Wabenkonzentrators erreichen. Die einzelnen Thermodüsen müssen allerdings miteinander verklebt oder vernietet sein.As a third possibility, which is also considerable in other areas of application The "honeycomb concentrator" should be mentioned. This invention System consists of numerous thermal nozzles in the shape of a cone or truncated pyramid, which are arranged in ring-like groups around the central nozzle or guide nozzle. From lting to ring the longitudinal axis of the units takes a more inclined position, all longitudinal axes intersect with the t'Leitachse ". In this way the solar radiation incident parallel to the guide axis on a small focal point concentrated. If the honeycomb system is given the shape of a spherical segment or paraboloid shell, you can even use it by enclosing the edge of the bowl with a high tensile strength band very thin reflector sheets made of steel or light metal create a considerable spatial effect Achieve rigidity of the honeycomb concentrator. The individual thermal nozzles must, however be glued or riveted together.
Da die Qualität der Fokussierung mit zunehmender Abweichung der Einstrahlungsrichtung von der Leitachse nachläßt, sollte der im Umriß kreisförmige Wabenkonzentrator schwenkbar sein.As the quality of the focus increases with the deviation of the direction of irradiation decreases from the master axis, the honeycomb concentrator, which is circular in outline, should be pivotable be.
Die Übernahme der Strahlungsenergie läßt sich am einfachsten mit Hilfe einer geschwärzten Hohlkugel realisieren, die in der Brennzone des Systems fixiert ist. Im Inneren der Kugel kann beispielsweise Wasserdampf erzeugt werden, der entweder einen Drehkolbenmotor antreibt oder einen Feststoffspeicher aufheizt.The easiest way to take over the radiant energy is with help realize a blackened hollow sphere, which fixes in the focal zone of the system is. Inside the sphere, for example, water vapor can be generated that either drives a rotary piston engine or heats a solid storage tank.
Man erkennt, daß damit der Gedankenkreis zum ursprünglichen Energiebaukasten zurückführt, weil ein alternatives Prinzip zum Hochtemperaturspeicher mit Versorgungsmast und Umlenkspiegel geboren wurde, das vor allem dann interessant sein könnte, wenn die benötigte Strahlungsleistung in einer maximalen Grössenordnung von 100 kW liegt. Sell,stverständlich ist als Wärmetransportmedium auch Luft oder ein sonstiges geeignetes Gas verwendbar; der Wärmeaustauscher wird zweckmäßigerweise im Kernbereich der Speicherfüllung untergebracht, die auch bei dieser Lösung aus Metallschrott oder -wolle bestehen sollte.You can see that this is the circle of thought for the original energy construction kit because it is an alternative principle to high-temperature storage with a supply mast and deflection mirror was born, which is especially interesting then could be if the required radiant power is in a maximum order of magnitude of 100 kW. Sell, of course, is also air or as a heat transport medium any other suitable gas can be used; the heat exchanger is expedient housed in the core area of the storage filling, which is also the case with this solution Metal scrap or wool should exist.
Mit Hilfe des Wabenkonzentrators ist es möglich, ein neuartiges Bausystem zu entwickeln, dessen einheiten volle Energie autarkie erlangen können, wenn die Jahressonnenstundenzahl über einem bestimmten Mindestwert liegt. In diesem Falle stellt die gekrümmte Konzentratorschale einen Teil der Dachkonstruktion dar, die vorteilhaft als Halbkugel ausgebildet wird. Der Hochtemperaturspeicher wird entweder direkt unter dem Bauwerk oder seitlich davon - aber ebenfalls unterirdisch -angeordnet. Unter dem Wabenkonzentrator muß eine Verglasung eingebaut werden, die einen Schutz gegen Niederschläge und übergroßen Wärmeverlust bietet. Grundsätzlich ist es denkbar, das Konzentratorsystem mit einem Absorbersystem zu kombinieren und aus diese Weise auch den Einsatz einer Wärmepumpe zu erlauben. Die auf diesem Konzept fußenden Detaililberlegungen und Optimierungsfragen können im Rahmen dieser Patentanmeldung nicht abgehandelt werden.With the help of the honeycomb concentrator it is possible to create a new type of construction system to develop whose units can gain full energy self-sufficiency when the Annual number of hours of sunshine is above a certain minimum value. In this case the curved concentrator shell represents part of the roof structure that is advantageously designed as a hemisphere. The high temperature storage will either directly under the structure or to the side of it - but also underground. Glazing must be installed under the honeycomb concentrator to provide protection against precipitation and excessive heat loss. Basically it is conceivable to combine the concentrator system with an absorber system and from this way also allow the use of a heat pump. The detailed considerations based on this concept and optimization issues cannot be dealt with in this patent application will.
Zusammenfassend kann die Aussage als genügend untermauert gelten, daß das erfindungsgemäße Baukastensystem zur Auffangung, Speicherung und Nutzung direkter und indirekter Solarstrahlungsenergie durchaus geeignet ist, eine autarke Versorgung von Bauwerken eines breiten Arnqendungsspektrums dann zu gewährleisten, wenn die mittlere Jahressonnenstundenzahl mindestens in der Größenordnung von 1500 liegt. Mit wachsendem Strahlungsangebot und gleichmäßigerer Verteilung der am jeweiligen Standort zur Verfügung stehenden Sonnenstunden erhöht sich die Wirtschaftlichkeit des Systems, weil sämtliche Komponenten bei einem gleichbleibenden Energiebedarf kleiner dimensioniert werden können. Besonders niedrige Rosten/Kilowattstunde Nutzenergie ergeben sich bei Solarkraftwerken, weil die dafür nötigen Hochtemperaturspeicher großen Volumens ein sehr günstiges Verhältnis von Mantelfläche/Rauminhalt autlreisen, das mit zunehmender ltraftwerksleistung immer vorteilhafter wird. Der grundsätzlich mögliche Energietransport durch Wärmestrahlung kann einen interessanten Aspekt des erfindunesgemäßen Konzentrator-Systems bedeuten. Die ohnehin für das Baukastensystem zu entwickelnden Heißgas- oder Kaltdampfmotoren, die für den Antrieb der Generatoren und Wärmepumpen benötigt werden, sofern nicht Turbinen die ökonomischere Lösung bei Großanlagen darstellen, bieten einen neuen Weg für den Bau solarthermisch betriebener Landfahrzeuge, Schiffe und Fluggeräte mit beachtlichem Aktionsradius.In summary, the statement can be considered sufficiently substantiated, that the modular system according to the invention for collection, storage and use direct and indirect solar radiation energy is quite suitable, a self-sufficient To ensure the supply of buildings with a wide range of applications if the mean annual number of hours of sunshine is at least in the order of 1500 lies. With a growing range of radiation and a more even distribution of the The number of hours of sunshine available at the location increases the profitability of the system because all components have a constant energy requirement can be made smaller. Particularly low rust per kilowatt hour of useful energy arise in solar power plants because the high-temperature storage necessary for them large volume very favorable ratio of surface area / volume auto travel, which becomes more and more advantageous as the power of the airframe increases. Of the In principle possible energy transport through thermal radiation can be an interesting one Aspect of the inventive concentrator system mean. The anyway for that Modular system to be developed for hot gas or cold steam engines for the drive of generators and heat pumps are needed, unless turbines are the more economical Represent a solution for large-scale systems, offer a new way for solar thermal construction operated land vehicles, ships and aircraft with a considerable radius of action.
Beschreibung der Zeichnungen: F I G U R I zeigt einen Querschnitt durch die selbsttragen de Absorberplatte, die aus zwei gleichartig profilierten Trapezblechen handelsüblicher Art zusammengesetzt ist. Zwischen den vorzugsweise beidseitig mit Thermoplastfolie beschichteten Profilblechen 1 und 2 bilden sich die Solekanäle 3, deren Abstand dem halben Obersicken-Teilungsmaa entspricht, Der Gewindebolzen 4 fixiert mit Hilfe zweier Muttern samt Unterlagsscheiben die Absorberplatte in einem bestimmten Abstand von der Unterkonstruktion. Handelt es sich dabei um Eolzpfetten, kann der Bolzen am unteren Ende als Holzschraube ausgebildet sein, Die Quellschweißungszonen wurden durch Punktreihen dargestellt. Erforderlichenfalls ist eine zusätzliche Kaltvernietung entlang der Sickenachse möglich, 1 I G U R II ist als Beispiel für eine Absorberplatte aus Spezialprofilblechen zu betrachten, die ausschließlich für das erfindungsgemäße Energie-Baukastensystem herzustellen wären0 Die auch in diesem Falle folienbeschichteten Feinbleche 5 und 6 besitzen das gleiche Profil, die spezifische Wärmeübertragungsfläche ist bei gleicher Sickenteilung und Plattenhöhe größer als bei einem Absorber gemäß Figur I. Auch das Trägheitsmoment weist einen günstigeren Wert auf. Sollten fertigungstechnische Schwierigkeiten auftreten, kann auf die Gefflenschräge der Sicken verzichtet werden; auch eine ungefähr rechteckige Sickenform erlaubt die Längsnutausbildung 7, die große Vorteile bei der Befestigung der Absorberplatte auf der Unterkonstruktion und beim Abhängen der wärmedämmenden Unterschale bietet. Die Halterungen 8 können sowohl aus korrosionsgeschütztem Stahl als auch aus hochwertigem Kunststoff bestehen.Description of the drawings: F I G U R I shows a cross section thanks to the self-supporting absorber plate, which is made up of two equally profiled Trapezoidal sheets of commercial type is composed. Between the preferably Profiled sheets 1 and 2 coated on both sides with thermoplastic film are formed the brine channels 3, the distance between which corresponds to half the upper bead pitch, Der Threaded bolt 4 fixes the absorber plate with the help of two nuts including washers at a certain distance from the substructure. Is it about Eolzpfetten, the bolt at the lower end can be designed as a wood screw, The source weld zones were represented by rows of dots. If necessary an additional cold riveting along the bead axis is possible, 1 I G U R II is to be considered as an example of an absorber plate made of special profiled sheets, to produce exclusively for the modular energy system according to the invention Would0 have foil-coated thin sheets 5 and 6 in this case as well the same profile, the specific heat transfer surface is with the same bead pitch and plate height greater than in the case of an absorber according to FIG. I. Also the moment of inertia has a more favorable value. Should manufacturing difficulties arise, the bevelled edge of the beads can be dispensed with; also one roughly rectangular The shape of the bead allows the longitudinal groove formation 7, which has great advantages when it comes to fastening the absorber plate on the substructure and when hanging the heat-insulating Lower shell offers. The brackets 8 can be made of corrosion-resistant steel as well as made of high quality plastic.
Die Distanzklötze 9 lassen sich beispielsweise aus Neoprene herstellen, sie tragen vor allem bei Industriedächern mit grosser Profilhöhe dazu bei, die Montage der Absorberplatteneinheiten auf den Dachträgern zu erleichtern und gleichzeitig eine unerwünschte Querverschiebung vor Beendigung der Längsstoß-Abdichtungsarbeiten zu verhindern. Bei dem vorgeschlagenen Absorberquerschnitt ergeben sich vier Solekanäle je Hochsicke.The spacer blocks 9 can be made of neoprene, for example, They contribute to the assembly, especially on industrial roofs with a large profile height of the absorber plate units on the roof racks and at the same time an undesirable transverse displacement before the end of the longitudinal joint sealing work to prevent. The proposed absorber cross-section results in four brine channels per high bead.
Die Befestigung von Konzentratorgruppen auf den Absorberplatten ist dank der Längsnutausbildung 7 ganz besonders einfach.The attachment of concentrator groups on the absorber plates is particularly easy thanks to the longitudinal groove design 7.
Die Druckverteilungsplatte kann dabei gute l)ienste leisten.The pressure distribution plate can do a good job here.
F I G U R III stellt die Frontansicht a) und den Vertikalschnitt b) eines Reflektor-Elementes dar, das bei diesem Beispiel mit sechs quadratischen Facettenplatten 10 bestückt ist.F I G U R III represents the front view a) and the vertical section b) a reflector element, which in this example has six square facet plates 10 is equipped.
Der zentrale Planspiegel jeder Facettenplatte ist mit einem Kreuz gekennzeichnet, die vier Eckspiegel haben einen Diagonalstrich. Zu jeder Facettenplatte gehören vier kleine Justierschrauben li, deren Schaft sich gegen die Basisplatte 12 -sie ist in diesem Falle eine soledurchströmte Absorberplatte und entspricht somit dem erfindungsgemäßen "Rybrid-System" -abstützt. Das Distanzröhrchen 13 ist am Ende mit einem halbkugelförmigen Kunststoffstopfen mit zentraler Bohrung verschlossen, aus der eine Schraubenfeder ragt, die auf dieser Seite mit der Facettenplatte, auf der anderen Seite mit der Basisplatte unter einer gewissen Vorspannung verankert wird.The central plane mirror of each facet plate is with a cross marked, the four corner mirrors have a diagonal line. For every facet plate Include four small left adjusting screws, the shaft of which is against the base plate 12 - in this case it is an absorber plate through which brine flows and corresponds thus the "Rybrid system" according to the invention -supported. The spacer tube 13 is closed at the end with a hemispherical plastic stopper with a central hole, from which a helical spring protrudes, the one on this side with the facet plate the other side is anchored to the base plate under a certain prestress will.
Auf der Facettenplatten-Rückseite ist eine Gelenkpfanne aus Kunststoff befestigt, die auf dem Distanzröhrchen ruht. Auf diese Weise kann die Facettenplatte in mehreren Achsrichtungen relativ zur Basisplatte geschwenkt werden0 Bei einem nicht hybriden Reflektor-Element wäre die Distanz zwischen Basis-und Facettenplatte erheblich geringer, weil kein Belüftungsspalt zur Vergrößerung der Wärmeübergangsfläche erforderlich ist, wenn die Basisplatte nur die Funktion eines biegesteifen Facettenträgers zu erfüllen hat. Die vier Gelenkbolzen oder - röhrchen 14 verbinden die Basisplatte mit den Ober- und Untergurtstäben - gegebenenfalls auch mit den fallenden Diagonalen der räumlichen Fachwerkkonstruktion des Konzentratorsystems, Die beschriebenen Details können selbstverständlich auch variiert werden, die optimale Lösung läßt sich nur durch Versuche ermitteln. Es dürfte jedoch bereits feststehen, daß die Grundkonzeption kaum verbessert werden kann.There is a plastic joint socket on the back of the facet plate attached, which rests on the spacer tube. In this way the facet plate be swiveled in several axial directions relative to the base plate not hybrid reflector element would be the distance between base and facet plate considerably lower because there is no ventilation gap to enlarge the heat transfer surface is required if the base plate only has the function of a rigid facet carrier has to meet. The four pivot pins or - Connect tube 14 the base plate with the upper and lower chord bars - possibly also with the falling diagonals of the spatial framework construction of the concentrator system, The details described can of course also be varied, the optimal one The solution can only be found through experiments. However, it should already be clear that the basic concept can hardly be improved.
F I G U R IV zeigt einen vereinfachten und keineswegs maßstäblichen Schnitt durch den erfindungsgemäßen Hochtemperaturspeicher 15 und das an einem südlichen Behang verankerte ltonzentrator-System 16. Die parallel einfallende Solarstrahlung wird auS den konvexen Umlenkspiegel 17 im Kopf des Versorgungsmastes 18 fokussiert und durch das innenverspiegelte Mastrohr in das Speicherzentrum geführt. Die kugelförmig angeordnete Stahlwolle 19 sorgt für eine rasche Wärmeleitung in die Stahl- oder Gußschrottzone 20, deren Hohlräume mit Sand bzw, Feinkies gefüllt sind. Von dort aus erfolgt schließlich die Wärmeabgabe in die Speicherperipherie 21, die vorzugsweise eine Kiessandmischung in besonders dichter Kornzusammensetzung enthält, Der Speichermantel 22 besteht bei diesem Beispiel aus vorgefertigten Vakuumplatten, der obere Kegelstumpf ist hier oberirdisch angeordnet. Die Hochtemperaturkammer 23, die hitteltemperaturkammer 24 und die Niedertemperaturkammer 25 umgeben den quasi-zylindrischen Teil des Speichers ringförmig, die Energie-Entnahme wird vorzugsweise durch strömende Luft bewerkstelligt. Die verspiegelte Verschlußklappe 26 wird bei Strahlungsausfall selbsttätig um ihre Mittelachse gedreht, wodurch der Rückstrahlungsverlust in Grenzen gehalten werden kann. Es wäre durchaus möglich, zwei Verschlußklappen übereinander einzubauen und auf diese Weise den Verlust auf ein Minimum zu reduzieren0 Außerdem dürfte die Schwenkung des Umlenkspiegels 17 von großem Nutzen sein. Das konische Ubergangsrohr 27 erleichtert die Strahlenführung in das eigentliche Versorgungsrohr Der Mastkopf ist durch das Gehäuse 28, in dem sich auch die Umlenkspiegel-Lagerung befindet, gegen Witterungseinflüsse geschützt. Eine hochdurchlässige Glasplatte auf der Einstrahlungsseite kann Insekten und sonstige Tiere abhalten, die den Wirkungsgrad der Energieübertragung nachteilig verändern würden. Auch das Eindringen von Staubpartikeln k(iJlalte sic störend auswirken, wenn es zum Niederschlag zur dem versilberten Umlenkspiegel 17 führt. Trotzdem sollte auf eine starre Fixierung der Glasplatte verzichtet werden, damit die Nöglichkeit besteht, bei günstigen Umgebungsbedingungen die konzentrierte Solarstrahlung direkt auf den Spiegel zu lenken und auf diese Weise einen noch höheren Wirkungsgrad bei der Energiespeicherung zu erzielen. Es versteht sich allerdings von selbst, daß man für die Glasplatte 29 die höchste Werkstoffgüte vorzuschreiben hat, die der neueste Stand der Technik bietet.F I G U R IV shows a simplified and by no means to scale Section through the high-temperature storage device 15 according to the invention and that on a southern one Curtain anchored ltonzentrator-System 16. The parallel incident solar radiation is focused from the convex deflecting mirror 17 in the head of the supply mast 18 and led through the internally mirrored mast tube into the storage center. The spherical arranged steel wool 19 ensures rapid heat conduction into the steel or Cast scrap zone 20, the cavities of which are filled with sand or fine gravel. From there from finally the heat is released into the memory periphery 21, which is preferably contains a mix of gravel and sand in a particularly dense grain composition, the storage shell 22 in this example consists of prefabricated vacuum plates, the upper truncated cone is arranged above ground here. The high temperature chamber 23, the medium temperature chamber 24 and the low-temperature chamber 25 surround the quasi-cylindrical part of the memory ring-shaped, the energy extraction is preferably accomplished by flowing air. The mirrored closure flap 26 is automatically around her in the event of a radiation failure Center axis rotated, whereby the reflection loss can be kept within limits can. It would be quite possible to install two flaps on top of each other and in this way the loss is reduced to a minimum of the deflection mirror 17 can be of great use. The conical transition pipe 27 facilitates the beam guidance into the actual supply pipe The mast head is through the Housing 28, in which the deflection mirror storage is also located, against the effects of the weather protected. A highly permeable glass plate on the radiation side can protect insects and deter other animals that adversely affect the efficiency of energy transfer change would. The penetration of dust particles can also have a disruptive effect, when it leads to precipitation on the silver-plated deflecting mirror 17. Still should a rigid fixation of the glass plate can be dispensed with, so that the possibility If the ambient conditions are favorable, the concentrated solar radiation exists directly on the mirror and in this way an even higher degree of efficiency to achieve energy storage. It goes without saying, however, that one has to prescribe the highest quality of material for the glass plate 29 that the offers state-of-the-art technology.
Bei der Energieversorgung von Großspeichern im Megawattbereich können zusätzliche Maßnahmen zur Kühlung des Umlenkspiegels und des Mastrohres erforderlich werden. Auch die Ausbildung der Verschlußklappe(n) ist der jeweiligen Maximalleistung des Konzentratorfeldes anzupassen.When supplying energy to large storage systems in the megawatt range, additional measures for cooling the deflection mirror and the mast tube are required will. The design of the closing flap (s) is also the respective maximum output of the concentrator field.
er erfindungsgemäße Feststoffspeicher läßt nicht nur einen ungewöhnlich hohen Gesamtwirkungsgrad, sondern auch einen relativ bescheidenen Investitionsaufwand erwarten. Da es sich um ein druckloses System handelt - die expandierende Luft der Kornzwischenräume kann direkt in die Hochtemperaturkammer eingeleitet werden -, besteht keine Explosionst.efahr. Nur bei ilochtemperaturspeichern mit sehr kleinem Volumen ließe sich in Erwägung ziehen, anstelle der Feststoff-Füllung ein Stahlrohrregister in dichtester Packung einzubauen, dessen Wanddicke dem maximalen Wasserdampfdruck angepasst ist. Man könnte damit eine hohe spezifische Wärmekapazität bei niedrigem Raumgewicht erreichen. Dieser mit erheblichen Mehrkosten zu erkaufende Vorteil dürfte in der Praxis nur dann interessant sein, wenn ein ortsbeweglicher Hochtemperaturspeicher für Land- oder Wasserfahrzeuge benötigt wird. Selbst in diesem Falle wird man dem evakuierten Stahlrohr mit Keramikkern den Vorzug geben müssen, weil dieses System trotz geringerer Wärmekapazität/kg bequeme Handhabung init absoluter Sicherheit verbindet und darüber hinaus eine ideale Möglichkeit zur ge.ielten Wärmeabgabe mittels Unterdruckregelung im Spaltbereich zwischen Kern und Rohrhülle zur Verfügung stellt. Das Austauschen abgekühlter SpeicherrohrItcgi'3ter gegen aufgeladene "Thermo-Pakete" an spezielisierten "Energie-Tankstellen", die ein geeignetes Mebczeug besitzen, eht schnell und problemlos vonstatten. Das Aufheizen kann in einem kleinen Solarkraftwerk fremdenergiefrei erfolgen, alternativ ist der Einsatz minderwertiger Brennstoffe denkbar.he solid storage according to the invention not only leaves one unusual high overall efficiency, but also a relatively modest investment expect. Since it is a pressureless system - the expanding air of the Grain gaps can be introduced directly into the high temperature chamber -, there is no risk of explosion. Only for high-temperature storage tanks with a very small one Volume could be considered, a steel pipe register instead of the solid filling to be installed in close packing, the wall thickness of which corresponds to the maximum water vapor pressure is adapted. One could thus have a high specific heat capacity with a low Achieve volume weight. This advantage, which can be bought with considerable additional costs, is likely in practice only be of interest if a portable high-temperature storage system is required for land or water vehicles. Even in this case you will evacuated steel pipe with ceramic core must give preference because this system Comfortable handling with absolute safety despite the lower heat capacity / kg connects and, moreover, an ideal way of giving off heat by means of Provides vacuum control in the gap area between the core and the pipe shell. Replacing cooled Storage pipe Itcgi'3ter against charged "Thermal packages" at specialized "energy filling stations" that have a suitable Mebczeug can be done quickly and easily. The heating can be done in a little Solar power plant take place without external energy, alternatively the use is inferior Fuels conceivable.
F I G U R V stellt einen Schnitt durch den erfindungsgemässen Wellzahnband-Drehkolbenmotor dar, der als Heißgas- oder Dampfmaschine mit geschlossenem kreislauf eingesetzt werden kann. Im Gehäuse 30 sind in rechteckiger Zuordnung die Zahntrommelpaare 31 und 72 gelagert, die den zentralen Raum 33 mit dem Parallelrohrregister 34 einschließen, das die Aufgabe hat, Wärmeenergie an das Arbeitsmedium abzugeben. Durch die Eingangsöffnung 35 wird die Kraftmaschine mit gekühltem Medium versorgt, durch die Ausgangsöffnung 36 erfolgt der Rückfluß in das Kühlsystem, dessen Dimensionierung der maximalen Wärmeübertragungsmenge des Zentralregisters 34 angepaßt sein muß. Durch das stufenlos regelbare Ubersetzungsverhältnis zwischen dem Kalttrommelpaar 31 und dem Warmtrommelpaar 32 wird ein resultierendes Drehmoment erzielt, dessen Größe von der nutzbaren Zahnflankenfläche, vom Teilkreisradius, vom Druckgefälle zwischen Aufheiz- und Kühlzone und von der Drehzahlrelation der beiden Zahntrommelpaare abhängt. Bei einem zu hohen Übersetzungsverhältnis sinkt das resultierende Drehmoment auf den Wert Null, weil die Volumenvergrößerung des Arbeitsmediums im Zentralraum 33 mit der Differenz zwischen aus-und eintretender Gas- bzw. Dampfmasse nicht mehr Schritt halten kann. Blockiert man die ltotation des vierachsigen Drehlçolbensystems, dann baut sich eine beträchtliche Druckdifferenz zwischen Zentralraum und Kühler auf, deren Maximum in erster Linie von der Qualität der Abdichtungsvorkehrungen bestimmt wird. Ein gewisser Nachteil liegt darin, daß die gegenläufige Förderung des Arbeitsnediums in den beiden Eingriffsbereichen nicht völlig verhindert werden kann. Als Vorteil ist zu er1rahnen, daß die zylindrischen Basistrommeln nur als Träger des separat zu fertig enden und dann aufzuschrumpfenden Wellzahnbandes aus Stahlblech, hochhitzebeständigem Kunststoff oder sonstigem geeignetem Werkstoff dienen. Dieser Umstand vereinfacht nicht nur die Herstellung, sondern auch den Austausch verschlissener Zahnkränze in ganz erheblichem Maße. Ferner wird auf diese Weise das Kühlproblem der Drehkolben optimal bewältigt. Die günstigste Zähnezahl und die übrigen wichtigen Details können nur im Versuch ermittelt werden; zunächst ist nur noch darauf hinzuweisen, daß die Höhe und somit das Volumen des Zentralraumes 33 keineswegs auf die Zahntrommellänge begrenzt ist, wenn man nicht beabsichtigt, mehr als zwei Systeme übereinander zu stapeln. Es besteht also durchaus die Nöglichkeit, eine sehr große Wärmemenge auf das Arbeitsmedium zu übertragen und dadurch die gewichts- oder volumenbezogene Leistung der jraftmaschine anzuheben.F I G U R V represents a section through the corrugated tooth belt rotary piston engine according to the invention is used as a hot gas or steam engine with a closed circuit can be. The toothed drum pairs 31 are arranged in a rectangular arrangement in the housing 30 and 72, which enclose the central space 33 with the parallel tube register 34, which has the task of transferring thermal energy to the working medium. Through the entrance opening 35 the engine is supplied with cooled medium through the outlet opening 36 the reflux takes place in the cooling system, the dimensioning of which is the maximum Heat transfer amount of the central register 34 must be adapted. Through the stepless adjustable transmission ratio between the pair of cold drums 31 and the pair of warm drums 32 a resulting torque is achieved, the size of which depends on the usable tooth flank surface, from the pitch circle radius, from the pressure gradient between the heating and cooling zones and from the Speed relation of the two toothed drum pairs depends. If the gear ratio is too high the resulting torque drops to zero because the volume increases of the working medium in the central space 33 with the difference between the outgoing and incoming Gas or vapor mass can no longer keep pace. If you block the ltotation of the four-axis rotary piston system, then a considerable pressure difference builds up between the central space and the cooler, the maximum of which depends primarily on the quality the sealing arrangements are determined. A certain disadvantage is that the opposing promotion of the working medium in the two intervention areas does not can be completely prevented. The advantage is that the cylindrical Base drums only as a carrier of the separately to be finished and then to be shrunk on Corrugated tooth band made of sheet steel, highly heat-resistant plastic or other suitable Serve material. This fact not only simplifies the production, but also sharing worn sprockets to a considerable extent Dimensions. Furthermore, the cooling problem of the rotary lobes is optimally overcome in this way. The most favorable number of teeth and the other important details can only be found in an attempt be determined; first of all it only needs to be pointed out that the height and thus the volume of the central space 33 is by no means limited to the length of the toothed drum, if you don't intend to stack more than two systems on top of each other. It exists so the possibility of a very large amount of heat on the working medium to transfer and thereby the weight or volume related power of the engine to raise.
F I G U R VI zeigt den Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Alternativsystem, das anstelle der Zahntromneln vier parallelachsige Zellenläufer 37 mit je zwei Paarschieber-Leistungsteilen 38 verwendet, die innerhalb eines trochoiden- oder ellipsenförmigen Gehäuses rotieren, dessen Durchmesser ungefähr 125 % des Zellenläuferdurchmessers aufweist. Da der gemeinsame Schwerpunkt der beiden rechtwinklig zueinander stehenden Paarschieber bewegungslos verharrt, handelt es sich auch bei diesem Heißgas- oder Dampfmotor um eine Drehkolbenmaschine, die den Vorzug völliger Massenkraftfreiheit besitzt und deshalb vibrationslos auf eine hohe Drehzahl gebracht werden kann.F I G U R VI shows the section through an alternative system according to the invention, instead of the toothed drums, there are four parallel-axis cell rotors 37, each with two pair of slider power units 38 used, which rotate within a trochoidal or elliptical housing, whose diameter is approximately 125% of the cell rotor diameter. Since the common center of gravity of the two pair sliders standing at right angles to one another remains motionless, this is also the case with this hot gas or steam engine a rotary piston machine that has the advantage of being completely free of inertial forces and can therefore be brought up to a high speed without vibration.
Im Zentrum der einzelnen Paarschieber befindet sich ein Kreisring 39, der mit dem Führungszapfen 40 Linienberührung hat.There is a circular ring in the center of each pair of sliders 39, which has line contact with the guide pin 40.
Die Durchdringung der beiden Paarschieber wird erfindungsg-emäß dadurch gelöst, daß ein Schieber einen Mittelring und der andere zwei Seitenringe trägt; der erste Schieber weist zwei Seitenausparungen und der zweite eine Mittelaussparung auf. Von der Erörterung weiterer Details kann Abstand genommen werden, weil sie nur Verfeinerungen der Grundkonzeption darstellen.According to the invention, the penetration of the two pair of slides is thereby achieved solved that one slide carries a center ring and the other two side rings; the first slide has two side recesses and the second one central recess on. The discussion of further details can be refrained from because they represent only refinements of the basic concept.
Die Bildung des resultierenden Drehmomentes erfolgt analog zu Figur V, ein Vorteil liegt in der weitgehenden Verhinderung der gegenläufigen Förderung des Arbeitsmediums und in einer Vergrößerung des spezifischen Durchsatzes. Die vier unrunden Gehäuse können wahrscheinlich durch Kaltverformung kreiszylindrischer Rohre zu einem ellipsenähnlichen Querschnitt gebildet werden. Anstelle des geschränkten Riementriebes ist selbstverständlich auch ein Zahnradgetriebe realisierbar. Der Führungszapfen entlastet die stirnseitige Dichtleiste.The resulting torque is generated analogously to the figure V, one advantage lies in the extensive prevention of counter-flow of the working medium and an increase in the specific throughput. The four Out of round housings can probably be made by cold forming circular cylindrical tubes be formed into an ellipse-like cross-section. Instead of the set With the belt drive, a gear drive can of course also be implemented. Of the The guide pin relieves the frontal sealing strip.
F I G U It VII stellt den Schnitt durch einen Linearkonzentrator dar, der in diesem Falle oberirdischen Standort aufweist. Auf der vorgefertigten Stahlbeton-Basisplatte 41 mit einer Länge von etwa 3000 mm und einer Breite von etwa 2000 mm ruht das Wärmeträgerrohr 42 und die Reflektorengruppe 43, deren Zentriwinkel ungefähr 185 Grad beträgt und 15-fach unterteilt ist. Die Flachglasstreifen 44 verhindern das Eindringen von Niederschlägen und das übermäßige Abstrahlen langwelliger Wärmeenergie in die Umgebung. Die Reflektorlamellen 45 sind miteinander dergestalt gekoppelt, daß sie mit Hilfe eines kleinen Stollmotors, der über einen Richtungssensor direkt von-der Sonne gesteuert wird, in die jeweilige Optimalposition gedreht werden. Die Länge des Reflektorensystems entspricht der Basisplattenlänge, die Reflektorplatten sind beidseitig mit Aluminium verspiegelt. Bei Verwendung doppelwandiger Peflektoren kann der Linearkonzentrator zusätzlich die Funktion eines soleführenden Absorbers übernehmen. Das Wärmeträgermedium darf flüssig oder gasförmig sein, die größten Vorteile dürfte Thermoöl bieten, dessen Temperaturmaximum weit über 2000C liegt.F I G U It VII represents the section through a linear concentrator, which in this case is located above ground. On the prefabricated reinforced concrete base plate 41 with a length of about 3000 mm and a width of about 2000 mm, the heat transfer pipe rests 42 and the reflector group 43, the central angle of which is approximately 185 degrees and Is divided 15 times. The flat glass strips 44 prevent precipitation from entering and excessive radiation of long-wave thermal energy into the environment. The reflector blades 45 are coupled to one another in such a way that they which is controlled directly from the sun via a direction sensor into the respective Optimal position can be rotated. The length of the reflector system corresponds to Base plate length, the reflector plates are mirrored with aluminum on both sides. When using double-walled reflectors, the linear concentrator can also take on the function of a brine-carrying absorber. The heat transfer medium may be liquid or gaseous, thermal oil is likely to offer the greatest advantages The maximum temperature is well above 2000C.
F I G U R VIII zeigt den Schnitt durch einen überwiegend unterirdischen Linearkonzentrator, dessen Länrsachse wie bei der Ausführung gemäß Figur VI vorzugsweise genau von Nord nach Süd verläuft. Nach erfolgtem Erdaushub werden vorgefertigte Stahlbeton-Körper mit V-förmigem Querschnitt 46, einer Länge von etwa 3000 mm und einer Öffnungsbreite von etwa 2000 mm eingesetzt und seitlich verfüllt. Dann erfolgt der Einbau der vorgefertigten lleflektorgruppen 47 mit damit verbundenen Wärmeträgerrohren 48 und Reflektorlamellen 49, das übrige entspricht dem Text VI.F I G U R VIII shows the section through a predominantly underground one Linear concentrator, whose longitudinal axis is preferred as in the embodiment according to FIG. VI runs exactly from north to south. After the excavation has been carried out, prefabricated Reinforced concrete body with a V-shaped cross-section 46, a length of about 3000 mm and an opening width of about 2000 mm and filled laterally. Then it takes place the installation of the prefabricated reflector groups 47 with associated heat transfer pipes 48 and reflector blades 49, the rest corresponds to text VI.
F I G U R IX gibt ein Beispiel für die Ausführung der in Großserie zu fertigenden und deshalb auf wenige Größen zu beschränkenden Wand-Elemente des Hochtemperaturspeichers 15 wieder. Der Keramikkern 50 weist im Inneren zylindrische Hohlräume 5i und an den Oberflächen kegelstumpfförmige llöcker 52 auf, die als Basis für die Metallbleche 53 dienen. Eine spezielle ltandabdichtung 54 ermöglicht die Evakuierung der Zwischenräume 55 unter Benutzung der Verbindungskanäle 56. Die Fugenfüllung 57 kann aus Nineralfasermaterial bestehen.F I G U R IX gives an example of the execution of the large series to be manufactured and therefore to be limited to a few sizes wall elements of the High temperature storage 15 again. The ceramic core 50 has cylindrical inside Cavities 5i and truncated conical holes 52 on the surfaces, which serve as a base serve for the metal sheets 53. A special land seal 54 enables Evacuation of the spaces 55 using the connecting channels 56. The joint filling 57 can consist of nineral fiber material.
L e e r s e i t eL e r s e i t e
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- 1980-07-29 DE DE19803028749 patent/DE3028749A1/en not_active Withdrawn
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