DE2547351A1

DE2547351A1 - Sonnenofen

Info

Publication number: DE2547351A1
Application number: DE19752547351
Authority: DE
Inventors: Frank R Eshelman
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1975-10-22
Filing date: 1975-10-22
Publication date: 1977-04-28

Description

Sonnenofen
Die Erfindung betrifft einen Sonnenofen, bestehend aus einem von einem oder mehreren Rohren durchzogenen Auffänger mit lichtabsorbierender Außenfläche und einem Reflektor.
Die bisher bekannten Sonnenöfen können in zwei Klassen aufgeteilt werden, nämlich Plattenöfen und Konzentrationsöfen.
Die Konzentrationsöfen arbeiten nach dem Prinzip, daß der Reflektor das Licht in einem Brennpunkt sammelt, so daß die Wärme dort konzentriert wird. Die Plattenöfen vervienden meist ebene Flächen, auf die das Licht von allen Seiten einfallen kann und die über einen großen Bereich ausgebreitet sind. Die Konzentrationsöfen sind an sonnigen Tagen wirksamer als Plattenöfen, während die Plattenöfen an trüben Tagen wirksamer sind, weil sie Streulicht aus allen Richtungen sammeln. Die Konzentrationsöfen arbeiten im allgemeinen auch bei höheren Temperaturen, so daß die von ihnen erzeugte Wärme besser ausgenutzt werden kann.
Die mit der im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Erfindung gelöste Aufgabe besteht darin, eine Konzentration der Strahlungsenergie zu ermöglichen und trotzdem die Energie von allen Richtungen zu sammeln. Zu diesem Zweck ist der Reflektor als Konkavspiegel mit abschnittsweise kreisbogenförmigem Querschnitt ausgebildet. Seine Ränder definieren eine Lichteintrittsöffnung, in welcher der Auffänger so hinsichtlich des Reflektors angeordnet ist, daß jeder in die öffnung eintretende Strahl auf den Auf fänger qerichtet wird.
Dieser Sonnenofen ist den beiden erwähnten Ofentypen überlegen, denn er gibt höhere Temperaturen als Plattenöfen und sammelt die Energie sowohl an klaren, als auch an bedeckten Tagen.
Außerdem werden die Sonnenstrahlen mit beliebigem Einfallswinkei gesammelt, so daß keine Antriebsmittel benötigt werden, um der Sonnenbewegung zu folgen.
Die Sannenenergie kann sowohl zum Kühlen, als zum Heizen verwendet werden. Dies gilt besonders dann, wenn es möglich ist, eine Flüssigkeit auf eine Temperatur über 88 OC zu erhitzen.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, Wasser oder andere Flüssigkeiten (z.B. Äthylenglykol) auf so hohe Temperaturen zu erhitzen; infolgedessen kann hiermit die Sonnenenergie sowohl in Heizanlagen, als auch in Klimaanlagen verwendet werden. Das letztere ist besonders vorteilhaft, denn eine Klimaanlage empfiehlt sich besonders an heißen sonnigen Tagen und gerade an solchen Tagen ist ein Sonnenofen besonders wirksam.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Hierin sind Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Sonnenofens, Fig. 2 ein Schnitt längs der Linie 2-2 in Fig. 1 und Fig. 3 - 5 Schnittdarstellungen ähnlich Fig. 2 von weiteren Ausführungsformen.
Der in Fig. 1 und 2 dargestellte Sonnenofen 10 besitzt einen kastenartigen Rahmen 12 mit Seitenwänden 14 und 16, Stirnwänden 18 und 20, einem Boden 21 und einem durchsichtigen Deckel 22. Letzterer kann aus Glas oder dl. bestehen; vorzugsweise ist er jedoch aus einer durchsichtigen Modifikation des Kunststoffs PTFE hergestellt. Ggf. kann der Deckel 22 scharnierartig aufklappbar gestaltet sein, um den Zugang zum Inneren des Kastens 12 zu erleichtern.
Innerhalb des Kastens 12 befinden sich im dargestellten Beispiel zwei konkave Flächen 24, 26 von halbkreisförmigem Querschnitt, die sich an einer Kante 28 schneiden. Die Außenränder der konkaven Flächen 24, 26 reichen nach oben bis zu dem durchsichtigen Deckel 22. Die Kante 28 befindet sich dagegen in einem gewissen Abstand unterhalb des Deckels 22. Die Flächen 24 und 26 sind spiegelnd ausgebildet. Vorzugsweise bestehen sie aus einer reflektierenden, mit Aluminium beschichteten Polyester- Folie, die im Handel erhältlich ist. Die oberen Seitenränder der Spiegelflächen 24 und 26 sind mit 30 bezeichnet. Die Krümmung an den Rändern 30 ist so gewählt, daß alle durch den Deckel 32 in der Nähe der Ränder 30 hindurchtretende Strahlungsenergie in der allgemeinen Richtung der Kante 28 reflektiert wird, und zwar unabhängig von dem Winkel, unter dem das Licht auf die Ränder 30 einfällt. Unterhalb der Spiegelflächen 24 und 26 befindet sich ein Schaumstoff 32, der hohen Temperaturen widerstehen kann. Hierzu kann z.B. urethan-Formaldehyd-schaum dienen. Er kann Temperaturen bis zu 99 OC aushalten und ist nicht entflammbar.
Vom Boden 21 des Kastens 12 erstreckt sich eine vertikale Stütze 34 aus Holz zur dgl. nach oben. Die Stütze reicht bis zu der Kante 28 und trägt auf ihrer Oberseite einen Sockel 36, der hohen Temperaturen widerstehen kann, z.B. aus PTFE. Der Sockel 36 dient zur Halterung eines lichtabsorbierenden Auffängers 38, der aus einer horizontalen Platte 40 mit einer oder mehreren in ihr verlaufenden Rohrleitungen 42 besteht.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, sind die Rohrleitungen 42 an den Enden fortlaufend miteinander verbunden, so daß sie eine Rohrschlange bilden, deren Enden an den Stirnseiten des Kastens 12 aus diesem austreten.
Die Breite der Platte 40 ist wesentlich geringer als diejenige der Lichteintrittsöffnung, die durch die-Ränder 30 der konkaven Flächen 24 und 26 begrenzt wird. Die Platte 40 ist aber so breit, daß sie die inneren unteren Teile 44 der gekrümmten Flächen 24, 26 abdeckt. Alles Licht, das durch den Deckel 22 eintritt, trifft also entweder unmittelbar auf die Platte 40 oder auf Teile der Flächen 24, 26, die außerhalb der Bereiche 44 liegen. Somit werden alle durch den Deckel 22 eintretenden Lichtstrahlen direkt oder indirekt von dem Auffänger 38 absorbiert. Dieser besteht z.B. aus Aluminium mit einem dünnen aufgalvanisierten Überzug aus schwarzem Nickel.
Bei der Anordnung nach Fg. 3 sind im Unterschied zu Fig. 2 zwei gekrümmte reflektierende Flächen 46, 48 vorgesehen, die sich an einer Stelle 50 schneiden, die wesentlich niedriger als die Schnittstelle 28 in Fig. 2 liegt. Auf dem Sockel 36 sitzt hier ein langgestreckter absorbierender Auffänger 52 mit einem Mittelteil 54 und drei dünnen radialen Teilen 56.
Eine einzige Flüssigkeitsleitung 58 verläuft in Längsrichtung durch den Mittelteil 54.
Bei der Anordnung nach Fig. 4 ist auf dem Sockel 36 statt dessen ein zylindrischer absorbierender Auffänger 60 montiert, dessen Durchmesser ausreicht, um alle. Lichtstrahlen, die von den gekrümmten Flächen 46, 48 reflektiert werden,auf ihm zu WreinigenbInnerhalb des Auf fängers 60 befindet sich eine Flüssigkeitsleitung 62.
In der Ausführungsform nach Fig. 5 besteht der Reflektor 62 aus einem einzigen kreisbogenförmigen Stück im Gegensatz zu den zwei sich schneidenden Kreisbögen nach Fig. 2 - 4. Auf dem Sockel 36 ist eine vertikale Platte 64 angeordnet, durch die eine Rohrleitung 66 in Längsrichtung führt. Die Platte 64 reicht nahezu bis zum Deckel 22 nach oben.
Alle beschriebenen Ausführungsformen haben das gemeinsame Merkmal, daß der Auffänger 38, 52, 60 bzw. 64 erheblich schmaler als die vom Deckel 22 dargebotene Lichteintrittsöffnung ist.
Infolgedessen wird das Licht stärker als bei den bekannten Sonnenöfen vom Plattentyp konzentriert. Andererseits bewirken die in den beschriebenen Ausführungsformen vorgesehenen Reflexionsflächen, daß jeder in den Deckel 22 einfallende Lichtstrahl auf den innerhalb der konkaven Flächen angeordneten Auf fänger gerichtet wird; dies gilt für jeden Winkel, unter dem das Licht einfällt.
Alle beschriebenen Ausführungsformen haben den Vorteil gegenüber den bekannten Sonnenöfen vom Konzentrationstyp, daß sie Licht von allen Seiten auffangen können. Die bekannten Vorrichtungen dieser Art besitzen jeweils einen Parabolspiegel und können deshalb Lichtstrahlen, die unter nahezu horizontalem Einfallswinkel auf die äußeren Ränder des Reflektors gelangen, nicht auffangen. Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen kommt dagegen jeder Lichtstrahl, der durch den transparenten Deckel 22 einfällt, direkt oder indirekt bei dem Auffänger an. Das trifft für die bekannten Sonnenöfen vom Konzentrationstyp nicht zu.
Es ist nicht wesentlich, daß in den beschriebenen Ausführungsformen die konkaven Flächen mindestens teilweise Kreisbogenquerschnitt haben. Das wesentliche ist vielmehr, daß alle Normalen auf eine Tangente an die konkaven Flächen 24 und 26 zu dem Auf fänger 38 in Fig. 2 zeigen und nach Verlängerung denselben schneiden müssen; entsprechendes gilt für die Auffänger nach Fig. 3 - 5. Bei Einhaltung dieser Bedingung wird alles reflektierte Licht zum Auf fänger 38 geleitet.
Der Reflektor kann beispielsweise folgendermaßen hergestellt werden. Eine Form aus Metallguß mit konkaven Flächen und den gewünschten Abmessungen der Schaumstoffeinbettung wird vorbereitet. Die konvexe Seite der gekrümmten Fläche wird dann mit der aluminisierten Folie derart bedeckt, daß deren reflektierende Seite der Metallwand zugewandt ist. Danach wird die Form durch Druckgießen mit dem Schaumstoff ausgefüllt.
Nach dem Aushärten desselben wird die Form abgenommen und die mit dem Schaumstoff hinterfüllten kokaven Flächen sind gebrauchsfertig.
Gegenüber den Sonnenöfen vom Plattentyp hat die beschriebene Anordnung den Vorteil, daß ein erheblicher Anteil der Sonnenenergie konzentriert werden kann, so daß Wasser auf eine sehr hohe Temperatur aufgeheizt werden kann. Es lassen sich 0 Temperaturen über 88 C erreichen und damit wird es möglich, das Wasser in den üblichen Klimaanlagen und auch in Heizanlagen als Wärmeträger zu verasenden.

Claims

P a t e n t a n 5 p r ü c h e . Sonnenofen, bestehend aus einem von einem oder mehreren Rohren durchzogener Auf fänger mit lichtabsorbierender Außenfläche und einem Reflektor, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor als Konkavspiegel (24, 26) ausgebildet ist, dessen Ränder (30) eine Lichteintrittsöffnung definieren, und daß der Auf fänger (38) wesentlich schmaler als die Lichteintrittsöffnung und hinsichtlich des Reflektors so angeordnet ist, daß alle Normalen zur Spiegelfläche den Auffänger schneiden.
2. Sonnenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Fläche (24, 26) des Reflektors aus zwei Kreisbögen zusammengesetzt ist, die sich an einer Stelle (28) unterhalb der äußeren Spiegelränder (30) treffen, und daß der Auf fänger (38) unterhalb dieser Ränder angeordnet ist und sich über Teile (44) beider Kreisbögen erstreckt.
3. Sonnenofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kreisbögen (24, 26) sich in einer nach oben weisenden Rippe (28) treffen und daß der Auf fänger (38) auf dieser Rippe aufruht.
4. Sonnenofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auffänger (38) eine ebene Platte darstellt, die in einer zur Lichteintrittsöffnung etwa parallelen Ebene angeordnet ist.
5. Sonnenofen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen die Lichteintrittsöffnung abdeckenden transparenten Deckel (22).
6. Sonnenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auffänger eine etwa in der Mitte zwischen den beiden Rändern (30) des Reflektors in Vertikalrichtung angeordnete Platte (64) ist.
7. Sonnenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auf fänger (60) kreisförmigen Querschnitt aufweist.
8. Sonnenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Auffänger (52) eine Mittelrippe (56) und eine Mehrzahl radial nach außen weisender Rippen aufweist.
9. Sonnenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die reflektierende Fläche (62) aus einem einzigen Kreisbogen besteht.
10. Sonnenofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Reflektor (24, 26) unter Zwischenlage eines Schaumstoffs (32), der an der Unterseite des Reflektors anliegt, in einem Kasten (12) untergebracht ist.