PHOTOTERMIC HEAT EXCHANGE

Page 1scan →

a9) DANMARK

12) fremlaeggelsesskrift = «) 152630 b

Patentdirektoratet

(41) Alm. tilgzengelig: 09 jul 1977 (86) international ansagning nr.: (71) Ansager: *BATTELLE DEVELOPMENT CORPORATION; 505 King Avenue; Columbus; Ohio 43201, US (72) Opfinder: Daniel *Gross; CH, Pierre *Genequand; CH (74) Fuldmeegtig: Hofman-Bang & Boutard A/S (64) Fototermisk varmeveksler (56) Fremdragne publikationer

Page 2scan →

Opfindelsen omhandler en fototermisk varmeveksler af den i krav 1's indledning angivne art.

Der kendes varmevekslere med en celleopbygning af denne art, fortrinsvis omfattende fine glasplader eller glasrer, som typisk kan have en hajde pa 6 - 25 cm, en diameter pé 0,5 - 1,5 cm og en tykkelse pa 0,2 - 0,3 mm.

En sAdan opbygning muligger ingen optimal reduktion af konvektionsluftstremning, iser hvor der hersker en stor temperaturdif~ ferens imellem varmeveksleren og de umiddelbare omgivelser, og/ eller n&ér varmeveksieren helder. Over en opvarmet vandret overflade dannes der nemlig et luftlag med ringe tykkelse (ca. 1 mm), ud fra hvilket der udvikles tradformede konvektionsstremme, der 3 medforer en blanding ved konvektion med de hajere liggende luftlag. For en heldende celleopbygning optreder der en regelmessig cirkulationsstrgom i hver celle. Disse stremme bevirker en afkeling ved konvektion af varmeveksleren. Endvidere er en sadan opbygning forholdsvis stor som falge af cellernes hajde (6 - 25 cm), hvilket gor varmeveksleren for tung og omfangsrig til de fleste anvendelser, og den anvendte store glasmengde til opbygningen (af sterrelsesordenen 60 — 300 ke /m@ for varmeveksleren) medforer en hoj totalvegt og fremstillingspris samt haje termiske tidskonstanter, s& varmeveksleren skal udsettes for solbestraling kontinuert i en eller flere timer, for den nar sin driftstemperatur.

Fra beskrivelserne til USA-patentskrift nr. 3 780 722 og fransk patent nr. 1 576 354 kendes optiske energiopfangere med en fiber- eller cellestruktur, som ogsa krever anvendelsen af en ret teat opbygning af de virksomme elementer.

_I USA-patentskriftet ledes stralingsenergien saledes igennem tet sammensmeltede ombejede fiberpartier til en ende med et pasat filter beliggende ud for, men uden bergring med det lille stralingsabsorberende parti, der skal opvarmes ved bestralingen, efter gennemlgb af en lang, ombgjet fiberbane. Dette kraver anvendelse af de kostbare optiske fibre med en fibertethed pa ca. 10° fibre per cm”, nar fiberdiameteren er ca. 10 jum.

I det franske patentskrift benyttes en absorberende plade med en cellestruktur af en glas- eller formstofmasse med en tethed per overfladeenhed af pladen af storrelsesordenen 10,8 kg/m", svarende til en fyldningsgrad pa 10%, som kun kan undertrykke varmetabet ved naturlig konvektion ved driftstemperaturer under 110 °C.

Opfindelsen har til formal at tilvejebringe en fototermisk varmeveksler med en vesentlig stgrre ydelse i forhold til forbruget af virksomt materiale.

Dette opnas for en fototermisk varmeveksler af den indledningsvis angivne art, der er opbygget som angivet i krav 1's kendetegnende del.

Page 4scan →

Her ledes den indfaldende straling direkte ned pa det stralingsabsorberende lag og hovedsageligt igennem de kanalformede mellemrum imellem de enkelte fibre og kun delvis igennem disse, sa at man kan anvende vasentligt billigere fibre af glas eller formstof og med en fibertathed pa kun ca. 500 fibre per om? og en fyldningsgrad pa under 2%, som kan undertrykke konvektionsvarmetabet ved driftstemperaturer op til 300 °C.

I denne beskrivelse forstas der ved udtrykket "indfaldende lysstraling" al elektromagnetisk straling samiet fra en varmekilde med hgj temperatur, d.v.s. al elektromagnetisk straling, der kan transportere en vasentlig termisk energi, uanset om stralingens spektrum er beliggende helt eller delvis inden for det synlige omrade eller helt uden for dette. Stralingsspektret kan hensigtmessigt strekke inden for omradet 0,25 - 5 Am. Den varmekilde med hoj temperatur, der kan udsende en sddan straling, kan lige s& godt vere en naturlig stralekilde, sAsom Solen, som kunstige stralekilder, sasom gleadende legemer (om muligt anbragt under vakuum for at nedsette tabene), flammer eller gasformige udladninger.

Udtrykket "fiber" betegner ethvert trAdformet element med endelig lengde, hvis tversnitsareal er lille i forhold til lengden. Et s&dant element kan lige sA godt vere massivt som hult og frempyde et tversnitsprofil, som er cirkulert eller ikke-cirkulert, eksempelvis elliptisk eller fladtrykt.

Opvarmningen af den absorberende flade, som udsettes for den indfaldende lysstraling, kan udnyttes p& kendt made til opvarmning af enten varmevekslende fluida (sAsom vand, damp, olie, luft, reagerende gas o.s.v.) eller af ladninger (d.v.s. stationwre legemer anbragt ner ved den absorberende overflade).

Opvarmning af en ladning ved hjelp af indfaldende straling virkende igennem en varmeveksler ifglge opfindelsen frembyder visse fordele i forhold til andre kendte opvarmningsmetoder. Opbygnin5gen lLadning/varmeveksler kan anbringes i en vis afstand fra stralekilden, hvorved eksempelvis ladningen kan anbringes i korroderende omgivelser, under vakuum, i styrede magnetiske eller elektriske felter o.s.v.. Cpvarmning ved straling er ogs& en meget ren opvarmning fra et kemisk og/eller biologisk (ikke-forurenende) synspunkt. Desuden kan opvarmningen ved straling indkobles, reguleres og standses hurtigere end den elektriske modstandsopvarming eller flammeopvarmningen, som begge krever temmelig tykke vegge imellem opvarmningsmidlet og ladningen. Desuden er stralingsopvarmningen mindre kostbar end eksempelvis mikrobglgeopvarmningen.

Som ladninger egnet til opvarmning ved hjelp af varmeveksleren ifglge opfindelsen kan eksempelvis nevnes kemiske reaktioner til ultrarene materialer, termostatregulering af mikrobiologiske preparater, kogning eller stegning af fodevarer (eksempelvis tilberedningen af madvarer i kasseroller eller pander forsynet med en tetlukket fototermisk varmeveksler).

Opfindelsen forklares nermere nedenfor i forbindelse med tegningen, hvor:

fig. 1 er en perspektivisk delvis afbildning af en ferste udforelsesform for varmeveksleren ifglge opfindelsen, fig. 2a en forsterret afbildning af varmeveksleren pa fig. 1 set fra oven, visende banen for en indfaldende lysstrale igennem varmevekslerens forreste parti, fig. 2b et langdesnit igennem varmeveksleren pa fig. 1, ligeledes visende banen for den indfaldende iysstrale, fig. 2c et endnu mere forsterret lengdesnit end pa fig. 2b, visende banen for den genudsendte infrargde varmestraling imod varmevekslerens forende, fig. 3a et lengdesnit igennem en forste endret udferelsesform for varmeveksleren ifglge opfindelsen, indlemmet i en solfanger af 6 den flade type, fig. 3b en forstorret konstruktionsdetalje pa fig. 3a, fig. 3c kurver for virkningsgraden af energiomdannelsen for solfangeren pa fig. 3a og 3b, fig. 4 et lengdesnit igennem en anden endret udferelsesform for varmeveksleren ifglge opfindelsen, indbygget i et anleg med dobbelt eksponering, fig. 5 et lengdesnit igennem en tredje endret udferelsesform for varmeveksleren ifglge opfindelsen, indbygget i et apparat til opvarmning af en ladning, fig. 6a en afbildning fra oven svarende til fig. 2a af en fjerde udfgrelsesforn, fig. 6b en afbildning svarende til fig. 6a fra oven af en femte udferelsesforn, fig. 6c et lengdesnit svarende til fig. 2b igennem en sjette udferelsesforn, fig. 7 en skematisk afbildning af et anleg til udgvelse af en fremgangsmade til fremstilling af varmeveksleren ifglge opfindelsen, fig. 8a en perspektivisk afbildning af en konstruktionsdetal je af en anden udgvelsesforn, fig. 8b et lengdesnit, visende et trin af fremgangsmaden til udevelse af fremstillingen, fig. 9a en afbildning svarende til fig. 8a af en forste endret udforelsesform, fig. 9b en afbildning svarende til fig. 8b af den endrede udfarelsesforn, fig. 10a et forstgrret tversnit igennem fig. 9b langs linien 7 fig. 10b et forsterret tversnit igennem fig. 9b langs linien Xb fig. 11 et lengdesnit igennem en anden endret udferelsesform, fig. 12 en perspektivisk afbildning igennem en tredje endret udforelsesforn, fig. 13 et lengdesnit, visende en konventionel solfanger,i hvilken denne udforelsesform er indbygget, og fig. 14 et lengdesnit igennem en fjerde endret udferelsesform.

Den pA fig. 1 delvis viste fototermiske varmeveksler omfatter en metallisk grundplade 1, som er bekledt med et lag 2 af et materiale med en stor absorptionsevne for indfaldende lysstraling, pa hvilket lag der er fastgjort et tet kompakt omradde af fibre 3, der strekker sig i det vesentlige over hele overfladen af pladen l. Omradet 3 bestaér af et antal gennemsigtige fibre 4 af vesentlig samme lengde og med et i det vesentlige cirkulert tversnit, som individuelt er fastgjort ved den ene ende i laget 2 og alle orienteret i det vesentlige vinkelret p& pladen 1 og beliggende med i det vesentlige samme indbyrdes afstand.

Omradet af fibre 3 er som nermere beskrevet nedenfor bestemt til at opfylde flere funktioner. Til disse formal skal omradet besidde to veldefinerede grupper af karakteristikker, af hvilken den ene vedrorer fibermaterialet og den anden de geometriske dimensioner af fiberomradet.

S8ledes skal hver iser af fibrene 4 besté af et materiale, der bade er gennemsigtigt (d.v.s. ikke-absorberende) og ikke-spredende over for den indfaldende straling og opakt (d.v.s. sterkt absorberende og udstralende i alle retninger) over for den termiske infrarsde straling (absorptionsevnen og altsa emissiviteten for mellemliggende belgelengder kan blive justeret ifeolge varmevekslerens driftstemperatur).

Et sA&dant materiale skal forrinsvis ogs4 besidde en ringe ter8misk ledningsevne og forblive kemisk og strukturelt stabilt ved varmevekslerens driftstemperatur og om muligt indtil varmevekslerens "nulstrgmningstemperatur". Endelig skal.materialet have sadanne mekaniske karakteristikker, at fibrene besidder en tilstrekkelig stivhed til ikke at beje sig under deres egen vegt.

Som et serligt egnet fibermateriale kan der nevnes uorganiske stoffer, sasom glas, kvarts og eventuelt gips, eller organiske stoffer, saésom "Mylar" eller polyesterfibre.

Ligeledes skal de geometriske dimensioner af fiberomradet til dettes opfyldelse af de ovennavnte funktioner opretholdes inden for folgende grenser: hver fiber i omradet skal have en laengde pa 1 - 10 cm og en diameter pa 25 - 500 pm og en indbyrdes fiberafstand pa 100 - 5000 pum, og fibertetheden (antal fibre per overfladeenhed af grundpladen) skal vere 4 - 10.000 fibre per om”, Serlig fordelagtigt er et omrdde bestaende af fibre med lengden

9 cm og diameteren 70 jum med en indbyrdes afstand svarende til en tethed pa 500 fibre per om og en rumfangstethed eller en fyldningsprocent (proportional med summen af fibertversnittene divideret med grundpladens totale overfladeareal) pA mindre

Den beskrevne varmeveksler fungerer pa felgende made ved eksponering med indfaldende lysstraling:

lysstralingen, som rammer det absorberende lag 2 efter gennemgang af omradet 4 med gennemsigtige fibre, absorberes kontinuerligt af laget 2, sa at grundpladen 1 opvarmes progressivt under virkning af absorptionen, indtil den nar sin driftstemperatur (der hurtigt opnds p& grund af den ringe termiske masse af fibrene 4). Den herved opndede varme kan da overferes til en ladning eller til et varmevekselfluidum som bestemt ved anvendelsesformalet.

Fiberomradet 3 har til opgave at nedsette de termiske tab ved varmevekslerens forende (som uundg&eligt folger med opvarmningen af den absorberende plade) sa meget som muligt under samtidig tilvejebringelse af den bedst mulige gennemtrengning af den indfaldende lysstraéling til den abserberende plade (minimering af de optiske tab ved gennemtrangningen). Disse forskellige resultater opnas takket vere de multiple funktioner af fiberom9radet 3, der samtidig virker som lysleder for den indfaldende strAling, som termisk grense for den genudsendte termiske infrarede straling og som inhibitor for bevegelserne af konvektionsgasserne.

Nedenfor analyseres mere detaljeret disse forskellige funktioner samt den made, pa hvilken de aver indflydelse pa de forskellige optiske og termiske tab.

Gennemtrengning af den indfaldende lysstraling ind til den absorberende plade medforer to typer optiske tab: tab som folge af tilstedeverelsen af fiberomrddet (mulighed for retrodiffusion imod omgivelserne af en del af stralingen igennem fibrene) og tab som folge af ufuldstendig absorption af den absorberende pla-

Fig. 2a og 2b viser baneforlgbet for et indfaldende stralebundt a igennem omradet 3 med gennemsigtige fibre 4. Nar det indfaldende str&lebundt a rammer fibrene 4 i et vist antal punkter b, underkastes det et antal refleksioner og refraktioner, idet det reflekteres i et antal sekundere stralebundter c, som alle nar frem til den absorberende overflade 2 af varmevekslerens plade 1. Alle de reflekterede sekundere stralebundter c er nemlig nedvendigvis beliggende pa kegleflader, hvis symmetriakse udggres af fibrene, og som alle skerer det absorberende lag 2. Desuden nar det parti af den indfaldende straling, der er indfanget i det indre af de individuelle fibre (totalrefleksion), nedvendigvis frem til bunden af disse fibre. De individuelle fibre 4 samt mellemrummene i mellem disse virker alts& som lysledere for den indfaldende str&ling uanset dennes retning i forhold til pladen 1 ved at tvinge nesten hele denne straling til at ramme den absorberende overflade 2 af varmevekslerens plade l.

De eneste optiske tab, der kan opsta ved gennemgangen af fiberomradet, er tab som folge af absorptions- eller diffusionsprocesser i fibrene (absorption, hvis fibrene ikke er fuldstendig gennemsigtige, og diffusion, hvis de frembyder en ikke fuldstendig jevn glat overflade i optisk henseende, eller hvis de frembyder diffusionscentrer i deres indre). Det skal endnu bemerkes, at kun maksimalt halvdelen af den s&ledes absorberede eller spredte straéling virksomt forsvinder ud igen og s&ledes ytrer sig ved 10 et reelt optisk tab (optisk tab ved retrodiffusion imod omgivelserne), medens minimalt den anden halvdel af denne straéling klarer at na frem til den absorberende plade. Desuden bemerkes, at disse optiske tab ved retrodiffusion forgges med indfaldsvinklen af den indfaldende lysstraéling (strAlingsvinklen i forhold til normalen til den absorberende plade), men de forbliver minimeret uanset indfaldsvinklen. Som eksempel har det vist sig, at man for et glasfiberomrade med fem fibre per mm” (omrade bestdende af glasfibre med en hajde pa 5 cm og en diameter pA 60 pm, fremstillet ved udtrekning af "glas E") opndr en transmissionsfaktor for den indfaldende lysstraéling igennem dette omrAde svarende henholdsvis til ca. 99% for en indfaldsvinkel pA 0°, ca. 97% for en indfaldsvinkel pa 45° og ca. 95% for en indfaldsvinkel pa 60°.

Til de optiske tab ved gennemgangen af fiberomradet kommer de optiske tab som felge af en ufuldstendig. absorption af den absorberende plade. De sidstnewvnte optiske tab afhenger i det vesentlige som velkendt af egenskaberne af lagmaterialet samt af overfladetilstanden af dette lag (ujevn eller fuldstendig glat).

Som eksempel har det vist sig, at man opnar en absorptionsfaktor pa 95% med et absorberende lag besta&ende af en blanding best&ende af klebemidlet Scotch nr. 582 og kalkrog. Under hensyn til de ovennevnte optiske tab kan man derved opnd en total optisk omdannelsesydelse (produktet af transmissionsfaktoren igennem fiberomradet og absorptionsfaktoren af den absorberende plade) pa

94%. Denne optiske omdannelsesvirkningsgrad er uafhengig af den temperatur, der kan opnas af varmeveksleren.

Opvarmningen af varmevekslerens absorberende plade ytrer sig ved kun to typer af varmetab imod varmevekslerens forende: tab som felge af infrared varmestraling imod forenden og tab ved varmeledningen bade langs med fibrene og i den stationere luft beliggende imellem fibrene. En af de vesentlige karakteristikker af varmeveksleren ifglge opfindelsen beror nemlig pa, at tilstedevarelsen af fiberomradet forhindrer enhver dannelse af konvektions-— luftstromme imellem fibrene og saéledes helt udelukker konvektions-

Den totale undertrykkelse af konvektionstab som felge af tilstedevarelsen af fiberomradet har kunnet vises eksperimentelt ved at udfgre sammenlignende tabsmalinger dels under vakuum og dels i 11 luft ved atmosferisk tryk (ved pafering af temperaturer, der ikke overskrider den normale driftstemperatur af varmeveksleren, d.v.s. temperaturer. pa 80 - 300 °C). Den fundne differens imellem de to tilfelde er nemlig i det vesentlige lig med tabene ved varmeledning i luften (tab, hvis verdier er velkendt og til overmal citeret i litteraturen), hvilket klart viser, at konvektionstabene er nul.

Denne undertrykkelse af konvektionstabene forklares ved geometrien og dimensionerne af fiberomradet, der ytrer sig ved en betydelig grenseflade, der medfgrer vesentlige kapillarfriktionskoefficienter, som praktisk taget forhindrer al bevegelse af konvektionsluft under normale temperaturforhold.

Fiberomradet 3 virker over for den termiske infrargde straling, der kan gennemstraéles fra grundpladen, som et mikroporgst termisk isolationsmateriale ifelge en mekanisme svarende til iden for glasuld geldende. Den genudstralede infrargde straling kan nemlig kun i det vesentlige n& frem til det ydre af fiberomradet 3 ved en stralingsdiffusionsproces som vist pa fig. 2c (hvor der af fore enklingsgrunde kun er vist to fibre 0g kun nogle f4 varmestrale~ pundter, der udsendes eller absorberes af disse to fibre). Den samlede sum af alle fibrenes sideflader (svarende til grensefladen imellem fibre og gassen) er mange gange sterre end den tilsvarende overflade af grundpladen 1, og kun en forholdsvis lille del e af den termiske infrargde stradling d udsendt af den absorberende overflade 2 (nemlig den del, der udsendes i det vesentlige parallelt med fibrene A), udtrader direkte fra fiberomradet. Den termiske infrargde straling, der udsendes i skra retning, bliver derimod absorberet af fibrene, og dette medferer en svagere indirekte genudstraling fra de tilsvarende fiberpartier. En: del af denne |. genudstréling ledes imod toppen af fiberomraédet (angivet ved f pa fig. 2c), en del imod bunden og en del igennem omraédet. Som falge af denne mekanisme opnaér fibrene saledes en termisk ligevegt, hvor fibrenes temperatur og den af disse udstra= lede varmestraéling formindskes fra bunden imod toppen. Pa statistisk basis er processen udstrAling-absorption- genud straling af termisk infrared straling en spredningsproces. En sadan proces (der opstar imellem fibre med en termisk gradient) har den fordel, at den udspreder mindre stralingsenergi til varmevekslerens omgivelser end en direkte (ikke-spredende) stralingsvarmeveksling 12 ud fra den absorberende overflade.

Fiberomradets funktion som varmesperring over for den fra grundpladen genudstralede termiske infrargde straéling har kunnet bestemmes eksperimentelt ved sammenligning af varmetab i forbindelse med henholdsvis en grundplade forsynet med et fiberomrdde og en grundplade uden fiberomrade. Herved har det vist sig, at reduktionen i straélingstab er af samme storrelsesorden som den, der opnas med de konventionelle celleopbygninger. Fiberomrddet frembyder dog den store fordel i forhold til celleopbygningerne, at den for samme nedsettelse af stralingstabene krever en ca. 10 gange mindre materialemengde (glas’ eller formstof), hvilket ikke blot medferer en meget mindre vegt og fremstillingspris, men ogsa en vesentlig nedsat termisk inerti.

Varmeledningstabene langs med fibrene kan minimeres ved for en fastlagt fiberafstand og en fastlagt grenseflade fiber/luft at velge tilstrekkeligt lange og tynde fibre. Fortrinsvis velges desuden til fibrene et materiale med en tilstrekkelig lille varmeledningsevne (glas er fordelagtigt i forhold til krystallinske materialer).

Nar varmeveksleren ifglge opfindelsen udsettes for sollys, udvikler den imellem bunden og toppen af fibrene (sAvel angdende selve fibrene som luften imellem fibrene og den imellem disse udstralede varmestraéling) en tilnermelsesvis lineer homogen intern temperaturgradient ,T, som definerer en markant varmeledningsevne, der kan sammenlignes med varmeledningsevnen for de konventionelle mikroporgse termiske isolationsmaterialer (sAsom glasuld, kork

Denne markante varmeledningsevne representerer summen af forlgbene af de termiske tab ved straling, ved ledning i gassen og ved ledning i fibrene. Den termiske isolation er altsA sA meget desto bedre, som fibrene er lange.

Da de totale termiske tab er sma, kan varmeveksleren ifglge opfindelsen med fordel anvendes i en konventionel flad solfanger, som er forsynet med en enkelt dekrude og simpelt opfyldt med luft (hvor dekruden samtidig tjener som beskyttelse mod stov, fiberbrist 0.8.v.). For yderligere at nedsatte tabene ved varmeledning i gassen kan man 13 i ovrigt i den flade solfanger erstatte luften med en anden gasart, sasom co, eller freon. Varmeveksleren ifglge opfindelsen kan ogs& integreres i ikke-flade solfangere, eksempelvis i rerforn, som anvendes i forbindelse med solkoncentreringsorganer (spejle, Fresnel-linser). Varmeveksleren ifglge opfindelsen kan ogsa integreres i bunden og/eller sideveggene af en tetlukket beholder bestemt til at fungere eksempelvis som kemisk reaktor, en termostatstyret beholder eller endog en kasserolle til opvarmning af madvarer, hvor forsiden af den tetlukkede beholder i evrigt bestar af en gennemsigtig plade.

Fig. 3 - 5 viser nogle af de ovennevnte anvendelsesomrader. Fig. 3a og 3b viser sAledes varmeveksleren ifglge opfindelsen integreret i en konventionel solfanger af den flade type, omfattende en metalgrundplade 1 anbragt i det indre af en beholder, hvis forside bpestar af et gennemsigtigt rudefag 6. Pa bagsiden af grundpladen 1 er der pasvejset et antal varmevekslerkanaler 7 bestemt til transport af et varmevekslende fluidum 8, sAsom vand, en olieart eller en gasart. Grundpladen 1 er -varmeisoleret fra solfangerens bagpla-- de 9 pA kendt made ved hjelp af et isolationsmateriale 10, sasom glasuld eller stenuld, i hvilken der parallelt med pladen 1 kan vere indsat metalfolier 11 bestemt til at virke som skerm over fo: den imod solfangerens bagside genudstralede varmestraéling. Forside af grundpladen 1 er bekledt med et absorberende lag, der selv er bekledt med et klabende lag 12, i hvilket der er indsat et tet omrade af fibre 14 (fig. 3b viser detaljeret den made, pa hvilken de individuelle fibre 14 kleber til laget 12). Klebelaget 12 kan eksempelvis bestA af et naturligt klebende materiale eller et varmeklebende materiale. Hensigtsmessigt kan der anvendes glas-~ fibre indsat i et tyndt lag af indstebt glas. En sadan opbygning er fordelagtig ved at bevare sin termiske stabilitet indtil temperaturer pa omkring 300 °c, og igvrigt har glasfibre ikke blot en meget lille varmeledningsevne, men de besidder ogsa i h#j grad alle de pakravede optiske egenskaber.

Mellemrummet 15 imellem fiberomraddet 14 og det forreste rudefag 6 er hensigtsmessigt udfyldt med en gasart, sasom luft co, eller freon. Mellemrummet 15 med gas nedsawtter varmevekslerens termiske tab endnu mere, og det er i ovrigt vesentligt, at hele fiberomradet forbliver tort, idet fremkomsten af et fordampnings~- og fortetningskredsleb i det indre af fiberomradet eventuelt kan optrade 14 som en termisk kortslutning. I tilfelde af en ikke tetlukket varmeveksler i bergring med atmosferen anvendt i en skra eller lodret stilling er det herved muligt at tilvejebringe en indvendig kanal til opsamling af afledning af de vanddraber, der kan kondenseres pa den keligste indvendige del af varmeveksleren, nemlig rudefaget 6. Herved undgaés, at fiberomradet kan blive befugtet.

For at nedsette stralingstabene bedst muligt kan man i ovrigt pa kendt made overtrekke indersiden af det gennemsigtige forreste rudefag 6 med et gennemsigtigt lag 16 af et materiale sasom indiumoxid, In,03, med et tilskud af tinoxid Sn05, hvilket reflekterer den tilbageverende termiske infrargde straling, der udstraler fra bunden af fibrene 14. Tilfsjelsen af det ekstra lag 16 har dog den ulempe, at den medforer en forggelse af tabene ved refleksion af den indfaldende straéling. Det kan derfor i visse tilfelde vere fordelagtigt at overtrekke den gennemsigtige plade 6 med antirefleksbelegninger.

Fig. 3C viser forskellige kurver (A - D) for variationen af totalomsetningsvirkningsgraden /*? som funktion af forholdet imellem temperaturforggelsen AT af grundpladen og solstralingens intensitet Hy for varmevekslere af forskellig type. Kurverne A og B refererer til solfangerne p&4 henholdsvis fig. 53a og 5b, forsynet med en varmeveksler ifglge opfindelsen med glasfibre med en hajde pa henholdsvis 3 cm (kurven A) og 5 cm (kurven B). Det ses, at en sadan varmeveksler kan opnd en driftstemperatur p& 100 - 200 °C (temperaturen kan na op til 300 °c ved "nulstrgmning"). Kurverne C og

D refererer til en konventionel varmeveksler af den flade type, forsynet med henholdsvis en enkelt dekrude (kurven C) og to dekruder (kurven D). Det ses, at solfangeren forsynet med en varmeveksler ifolge opfindelsen har en vesentlig sterre totalomsetningsvirkningsgrad /? end de konventionelle solfangere.

Fig. 4 viser en endret udfgrelsesform for varmeveksleren ifolge opfindelsen, hvor savel forfladen som bagfladen anvendes som absorberende overflader, og hvor varmeveksleren indbygges i et anleg med dobbelt eksponering. Varmeveksleren 80 pa fig. 4, omfatter en grundplade 81, hvis to overflader begge er overtrukket med et absorberende lag 82 med et indlejret fiberomraéde 83 analogt med de tidligere omtalte fiberomrader. I grundpladen 81 er der desuden udsparet et antal kanaler 84 til transport af et varmevekslende fluidum. Varmeveksleren 80 er monteret i det indre af en reflek15tor 85, som i det vesentlige omfatter en sferisk reflektor 86 forlenget med en plan reflektor 87. Reflektoren 85 er fortil lukket af en gennemsigtig dekrude 88, som er bestemt til at lade den indfaldende solstrAling a passere. Reflektoren 85 har til opgave at lede solstrélingen direkte eller diffust imod bagfladen af varmeveksleren, hvis forflade ligeledes er udsat for stralingen (vist skematisk pa fig. 4). Den herved tilvejebragte dobbelte eksponering er fordelagtig ved at forgge anleggets samlede virkningsgrad og overflediggsre den konventionelle pakravede isolering af bagfla-

Fig. 5 viser en anden endret udferelsesform for varmeveksleren ifolge opfindelsen, indbygget i en beholder med dobbelt veg (med luft) bestemt til opvarmning af en ladning. Den dobbeltveggede behoider 90 p&a fig. 5 bestar dels af en metallisk inderveg 91, hvis yderflade er overtrukket med et absorberende lag 92, i hvilket der er indlejret et fiberomrade 95, og dels af en gennemsigtigc yderveg 94. I nerheden af beholderen 90 er der anbragt en reflektc- 95 (der simpelt hen kan besta af to passende orienterede plane spejle 96), som er bestemt til at lede den indfaldende solstralinz a hen pa veggene af beholderen 90 med en ladning 98. Ladningen 98 opvarmes under pavirkning af den direkte og den reflekterede solstraéling progressivt indtil den onskede temperatur (eksempelvi: 300 °c). Den opnadede temperatur kan opretholdes i et forholdsvis langt tidsrum efter opheret af den indfaldende solstraling som falge af den gode termiske isolation af beholderen, sa at en sadan beholder ogsa kan anvendes med fordel til at tilvejebringe en midlertidig varmeakkumulering for senere brug.

I de hidtil beskrevne udfgrelsesformer for varmeveksleren ifolge onfindelsen er det nevnt, at fibrene i fiberomraddet har et i det vesentlige cirkulert tversnit. Dette er imidlertid ikke obligator:ss. og fibertversnittet kan ogsa have en anden form, eKsempelvis elliptisk eller affladet, uden at et fiberomrade af denne art mister sine antistralingsmessige og antistromningsmassige egenskaber.

Fig. 6a viser sAledes (set fra oven) et sadant omrade, bestaende af fibre 89 med aflangt tversnit, anbragt indbyrdes ekvidistante og fordelt pA i det vesentlige tilfeldig made. Et sadant omrade skal for at opfylde sine funktioner af antistralingsmessig og antistremningsmessig art have dimensioner inden for falgende omrecer:

Page 16scan →

en fiberhgjde pA 1 - 10 cm, en tversnitslangside pa 25 - 5000 um og en tversnitskortside pa 25 - 500 ym samt en indbyrdes fiberafstand pa 100 - 5000 pm. Anvendelsen af en affladet fiberform har den vesentlige fordel at give fibrene en stgrre stivhed.

Fibrene i omrfdet kan ogsA vere hule i stedet for massive. En sadan anvendelsesform er vist p& fig. 6b (set fra oven) , hvor et omrade med hule fibre 90 er fordelt i det vesemtlige tilfeldigt og beliggende indbyrdes e«kvidistante. Et sadant omrade skal for at opfylde sine antistraélingsmessige og antistromningsmessige funktioner have dimensioner inden for folgende omrader: en fiberhejde pal ~ 10 cm, en yderdiameter pa 25 - 5000 um, en vegtykkelse pa 10 - 500 yam og en indbyrdes fiberafstand p&é 100 - 10 000 mm. Denne anordning har den store fordel, at man kan anvende fibre med vesentligt storre tvearsnit, hvilket ligeledes ytrer sig ved en sterre stivhed af fibrene. Dette er iser vigtigt, sAfremt der anvendes fiber af et formstof, sasom polycarbonat, epoxyharpiks o.S.vV..

Det er ogsa hidtil navnt, at fibrene er indlejret vinkelret pa grundpladen 1. Denne disposition er imidlertid ikke obligatorisk, og til visse anvendelsesformal, iser til solfangere bestemt til anvendelse pA lodrette (eller endog vandrette) brgningsoverflader, er det undertiden fordelagtigt at anvende et omrade med fibre, der har en sAdan heldning i forhold til grundpladens normal, at omradet tilnermelsesvis befinder sig i solstralingens indfaldsplan (fig. 6c). Det vesentlige for varmeveksleren ifelge opfindelsen er, at fibrene i det vesentlige forbliver indbyrdes parallelle, hvad enten de er indlejret vinkelret eller skrat i forhold til grundpladen, og at spredningen i forhold til middelretningen af fibrene hensigtsmessigt skal vere under 5° (fortrinsvis under 2°).

Fiberomradet kan vere fordelt pA grundpladen p& tilfeldig made (som vist p& fig. 6a og 6b) eller tvartimod pA regelmassig made (som vist pA fig. 1). Det sidstnevnte tilfelde kan vere fordelagtigt for en solfanger, hvor man da orienterer fiberrekkerne saéledes, at den direkte solstr&ling kun underkastes et minimum af reflekstoner ved middelsolstillingen under brugstiden. Dette muligger at anvende fibre, hvis optiske egenskaber ikke er fuldstandigt optimale.

Grundpladen 1 kan ogs&, i stedet for at besta af et metal (eksempelvis jern, aluminium eller kobber), besta af et andet materiale 17 sAsom glas, et keramisk materiale eller et formstot.

Pafestningen af fiberomradet p& grvundpladen overtrukket med sit absorberende lag kan tilvejebringes ifglge forskellige konventionelle fremgangsmader: implantering ed mekanisk vej eller elektrostatisk paéheftning, en direkte udtrekning af flere fibre ud fra en passende varmevekslerplade, vevning, strikning eller tufting (d.v.s. indsetning af ekstra fibre i en vevet vare) analoge med de til fremstilling af flgjl eller tepper anvendte fremgangsmader, en pas#tning svarende til fremgangsmader inden for berstenbinderi, en vakst af fine krystaller i form af lange n&le (eksempelvis gips), ekstrudering af fibre igennem huller udformet i selve varmevekslerens overflade o.s.v..

Fig. 7 - 14 viser forskellige udforelsesformer for varmeveksleren ifglge opfindelsen (vist alene eller integreret i en solfanger o.s.¥.j, som er tilvejebragt ifelge nogle af de ovennevnte kendte fremgangs~ mader.

En implantering ad mekanisk eller elektrostatisk vej krever tilstedas-— verelsen pa den absorberende plade af et klebende lag bestemt til at tilbageholde fibrene. Til dette formal kan grundpladen enten forsynes med et dobbelt overtrek (fig. 3a og 3b), omfattende et forste,absorberende lag efterfulgt af et andet, klebende lag (eller ac sat),eller med et enkelt overtrek med kombinerede absorptions-— og klebende egenskaber. Til dette formal kan der eksempelvis anvendes naturligt absorberende klebemidler, sasom sort lim eller sort loddeglas, eller klebemidler, som er gjort klebende ved tilfojelse af stoffer som kgnreg, overgangselementer, selen 0o.Ss.vV..

Som mulige klebende materialer kan der anvendes naturligt klebende materialer, der polymeriserer i luft, formidler pavirkningen af en katalysator eller tilfojelsen af en anden komposant,. eller epoxyharpikser, isear et klebeband handelsfert under navnet "Scotch 582". For at fastgere glasfiber anvendes der fortrinsvis som klebemateriale et indstewbningsglas eller en emalje med en passende smeltetemperatur.

En implantering ad mekanisk vej bestar i det vesentlige i at nedstikke fibrene i det klebende lag ved et passende mekanisk middel, om forngdent under anvendelse af et gitter med fine masker eller 18 en passende separator til at opretholde den enskede afstand imellem fibrene under deres implantering.

Elektrostatisk paheftning eller flokkvlering er en velkendt industriel fremgangsmade, der er kendetegnet ved en udstadning af fibrene orienteret i retning mod en skive, pa hvilken de indlejres. Orienteringen af fibrene skyldes de elektrostatiske krefter som falge af dannelsen af et kraftigt elektrisk gennemstromningsfelt. De individuelle fibre orienteres under deres baneforlgb til skiven parallelt med kraftlinierne, hvorved det er muligt at styre deres vinkelmessige stilling ved deres ankomst til skiven ved eksempelvis at regulere skivens forskydningshastighed foran strgmmen af flokkulerede. fibre.

Fig. 7 er en skematisk afbildning af et anleg til fremstilling ved elektrostatisk flokkulering af strukturer ifelge opfindelsen med en stor fremstillingshastighed (flere m/min). En fremforingsanordning omfatter et antal tvergaende understetningsvalser 18 anbragt saledes, at et metalband 19 overtrukket med et svertet lag 20 fremfa— res langs folgende organer: ferst forbi et forstevningsorgan 21 bestdende af en beholder 22 fyldt med en vandig selvklebende oplssning af pulveriseret indstgbningsglas og forsynet med et prevmatish eller elektrostatisk forstevningsorgan 23. Forstevningsorganet 22 har til opgave at pafgre en hinde 24 af den nevnte oplosning pS den svertede overflade af bandet 19. (I en endret udforelsesform kan indstobningsglasset i sig selv vere svertet). Det sAledes overtrukne band 19 fores derefter igennem en forste ovn 25, der er indrettet til en successiv torring, opvarmning og sammenklumpning az glaspulveret pa bandet 19, for dette nar frem til en elektrostat flokkuleringsanordnhing 26 anbragt i det indre af en anden ovn 27.

Flokkuleringsanordningen 26 omfatter et metalgitter 28, ved hvis everste rand der udmunder et tilgangsregr 31 for glasfibret (tilgargen af fibre kan ske pneumatisk som vist pA tegningen ved pilen “:a). Under gitteret 28 er der anbragt en tragt 32, der forsynes med tryi= luft (angivet skematisk p& tegningen ved pilen 32a). Tilforseler.

af trykluft har til formal at danne et fluidiseret fiberlag oven over gitteret. Gitteret 28 er desuden forbundet med en metalphade 29, der strekker sig i det vesentlige langs hele lengden af ovnen 27 parallelt med den svertede plade 19. Pladen 29 og risten 28 er elck trisk forbundne med en hejsnexendingskilde 30, medens den svartece 19 plade 19 er jordforbundet over valserne 18, s& at der imellem opbygningen gitter 28/plade 29 og pladen 19 dannes et kraftigt elektrostatisk felt i det veasentlige vinkelret pa pladen 19.

Under virkning af det elektrostatiske felt og ved en ringe fremfsringshastighed af bandet 19 vil individuelle fibre implanteres i hinden 24, der opretholdes i plastisk tilstand, vinkelret pa denne. Den anden ovn 27 er indrettet sdledes, at den i sit forreste parti beliggende ved siden af flokkuleringsanordningen 26 har en tilstrekkelig haj temperatur til at opretholde indstebningsglashinden 24 i plastisk tilstand under flckkuleringsoperationen, 0g at den i sit andet parti beliggende ved udgangen har en gradvis aftagende temperatur, som bevirker en sterkning af indstebningsglasset med fibrene. Det med et tet omrade af fibre overtrukne band 19 fremfores sAledes igennem ovnen 27 indtil dennes udgang, medens hinden 24 langsomt sterkner og afkgles.

Fig. 8 - 11 viser fremstillingen af et fiberomrade implanteret pa en grundplade ved en direkte udtrakningsproces fra grundpladen. Udtrekningsprocessen bestar i en samtidig udtrekning af en stort antal fibre fra et lag af et termoplastisk eller kemisk bledgerligt materiale (bledt gias, organisk materiale o.s.v.), som dekker grundpladen. En sadan fremgangsmade har den fordel at tilvejebringe nojagtigt parallelle fibre, selv om disse er lange og tat indspendt.

For at fremstille et omr&de med grundpunkter som udgangspunkt for de fibre, der skal udtrekkes, anvendes der en grundplade forsynet med et passende omrade af fine protuberanser (eksempelvis med pyramideform eller prismeform). En s&dan grundplade kan let fremstil-— les ved en kendt teknik, eksempelivis ved pregning. Denne grundplade overtrekkes derefter med et tyndt sort lag, d.v.s. et lag, der absorberer straling (kemisk svartning o.s8.v.), som forbliver usendret under de efterfelgende fremstillingstrin. PA den saledes svertede grundplade aflejres derefter et andet tykkere lag af et gennemsigtigt (og ikke-spredende 4 forhold til den indfaldende straling) materiale, som er termisk eller kemisk bledggrligt (loddeglas, et klebende eller termoplastisk stof). Denne aflejring foretages saledes, at det bladgsrlige lag slutter til profilet af overfladen, sa at der frembydes et antal fremspringende punkter pestemt til at virke som udgangspunkt for dannelsen af fibre. Derefter presses (eller valses) en ekstra plade (eller cylinder) med passende di20mensioner, eventuelt opvarmet, imod den saledes overtrukne grundplade, sa at hvert af de fremspringende punkter i det bledgerlige lag kleber til den ekstra plade. Ved at fjerne (eller dreje) den ekstra plade (eller cylinder) fra grundpladen med en passende hastighed opnas derved et omrdde af fine fibre, som derefter kan lgsnes fra den ekstra plade ved at adskille dennes overflade fra grundpladen.

Fig. 8a og 8b viser en udfsrelsesform for denne fremgangsm&de, hvor der anvendes en grundplade 35 forsynet med et omrade af pyramideformede protuberanser 36 (vist perspektivisk pA fig. 8a). Fig. 8b viser udtrekningen af fibrene ved begyndelse af borttagningsbevegelsen (angivet ved pilen 40) af den ekstra plade 39, som tidligere har ligget an imodgrundpladen 35, der successivt er blevet over= trukket med et forste tyndt absorberende lag 37 og et andet tykt lag af et gennemsigtigt og bledgerligt materiale 38. Fig. 8b viser tydeligt fibre 41 under dannelse ud for de pyramideformede protubsranser 36 (henvisningsnummeret 42 angiver afrivningspunktet for fibrene ved afslutningen af udtrekningen). Ved et passende valg 2% temperaturerne af grundpladen og af den ekstra plade er det muligi: at opna fibre med et tilnermelsesvis styret tykkelsesprofil. Eksempelvis kan grundpladen 35 vere en kobberplade og det absorbe-— rende lag 37 et lag kobberoxid, det bladgerlige lag 38 et lag inte stgbningsglas og den ekstra plade 39 en glasplade.

Fig. 9 og 10 viser en forste endret udfgrelsesform for udtrekningsprocessen, hvor der anvendes en grundplade 45 med et omrade af prismeformede protuberanser 46 (vist perspektivisk pA fig. 9a).

Fig. 9b viser udtrekningsprocessen ved begyndelsen af borttagningss= bevagelsen af den ekstra plade 39 (fig. 9b er et snit langs aksen af overkanterne af de prismeformede protuberanser). Under hensyn til formen af protuberanserne 46 har de udtrukne partier 47 snaiec~ re form af fine lameller, hvis averste ende (efter adskillelsen 2f de to plader) kan frembyde tilnermelsesvis samme tversnitsprofil som en normal fiber. Tversnittene vist pa fig. 10a og 10b viser tvarsnit igennem lamellerne 47 i to forskellige haojder.

Til anvendelse i en flad solfanger anbringes den med lameller forsynede varmeveksler hensigtsmessigt saéledes, at lamellerne tilnarmelsesvis peger imod sydpunktet af himiens ekvator, og at de “skar-+ 21 pe" sider af lamellerne i ovrigt er beliggende i det vesentlige i retningen ast-vest. En s4dan anbringelse tilvejebringer den bedste ledning af den indfaldende solstrAling til det absorberende lag.

Fig. 11 viser en anden endret udferelsesform, hvor der anvendes en gennemsigtig ekstra plade 49, som forbliver bundet til enderne af fibre 50 efter disses udtrekning fra en grundplade 51 (pa hvis bagside der eksempelvis ved svejsning er fastgjort varmevekslerrgr 52). Som vist pa fig. 11 udger den resulterende "sandwich" allerede (efter en termisk isolation 53 af bagvaggen og af sideveggene 54) en helt ydedygtig flad solfanger. Den vesentligste fordel ved denne udfgrelsesform ligger i dens store modstandsdygtighed over for mekaniske sted (vandalisme, hagl o.s.v.). Den ekstra plade 49 understottes nemlig pa nesten optimal made af fibrene 50 og er derfor effektivt beskyttet imod brud, hvilket iser er af betydning, nar pladen 49 bestar af glas.

T en endret udforelsesform kan pladerne 49 og 51 samt rerene 52 vere fremstillet af et bajeligt formstof. I s& fald er det muligt at fremstille en solfanger, der er fleksibel, iser i tverretningen af rorene 52. PA denne made kan der fremstilles band med solfangere, der kan fremstilles og transporteres i rulleform. Denne endrede udferelsesform muligggr iser en hurtig opstilling af store solfangeroverflader. Denne udforelsesform for varmeveksleren ifglge opfindelsen er ogs& velegnet til anvendelse ved ikke-solarisk straleopvarmning. Overfladen 51, fibrene 50 og den gennemsigtige plade

LQ danner vaggen (eller bunden) af en kemisk reaktor, en termostatstyret beholder eller en kasserolle. Ladningen opvarmes ved varmeledning igennem pladen 51.

Fig. 12 og 13 viser en varmeveksier ifglge opfindelsen tilvejebragt ved vevning eller tufting). Det er kendt, at vevefremgangs— mader som anvendt til fremstilling af flojlsvarer muligggr en systematisk afklipning af en del af skudtraden (eller eventuelt af kedetraden). For de fleste fibres vedkommende bejes de overklippede dele tilbage opefter, sa at det er muligt at opnd en vevet struktur, som tilfredsstiller kravene til varmeveksleren ifglge opfindeisen. Tuftingsfremgangsmaden, der ligeledes er velkendt, muliggo#r en fremstilling af omradder med lengere fibre end de ved vevning opnéelige fibre.

Page 22scan →

Den ideale tekstilstruktur til varmeveksleren ifglge opfindelsen skal besta af sorte kadetrade (d.v.s. absorberende den indfaldende straling og modstandsdygtig over for varme) og gennemsigtige skudtrade (eller trAde indfert ved tufting), som er ikke-spredende og ligeledes modstandsdygtige over for varme. De resulterende tekstilstrukturer er i almindelighed ikke vandtette og er derfor serlig velegnede til anvendelse i solfangere, der anvender en gasart som varmevekslermiddel.

Fig. 12 viser en sadan tekstilstruktur, bestaende af en sort kade 57, ikke~klippede skudtrade 58, der fortrinsvis ogsA er sorte, og klippede skudtrade 59, der er gennemsigtige og bajet tilbage opefter (henvisningstallene 60 og 61 viser henholdsvis retningen af den indfaldende straling og retningen af gasstremmen i forhold til tekstilstrukturen).

Fig. 13 viser en solfanger, som eksempelvis er udstyret med to tekstilstrukturer 63 og 64, der fungerer som luftvarmevekslere. Denne solfanger omfatter en (imod syd) heldende beholder 65, hvyiz forside bestar af en gennemsigtig plade 66, og hvis indvendige bagveg og sidevegge p& sadvanlig made er forsynet med et porgst termisk isolationsmateriale 67 (glasuld eller stenuld, uld af organiske fibre, kork o.s.v.). Det termiske isolationsmateriale 67 er hensigtsmessigt overtrukket indvendigt med en metalfolie 68 med ringe emissivitet (eksempelvis nikkel, aluminium OcS.Vo)

De to tekstilstrukturer 63 og 64 er anbragt over hinanden i det indre af beholderen 65 imellem den gennemsigtige forplade 66 og metalfolien 68, sa at de absorberer nesten hele den indfaldende straling. Endelig er beholderen 65 forsynet med dels en indlghs.- abning 69 for kold luft, udsparet i den nederste sideveg ved daal-- pladen 66, og dels en udlgbsabning 70 for varm luft, udsparet i den overste sideveg bag ved de to tekstilstrukturer 643 og 64.

En s&édan solfanger virker pa enkel mAde: kold luft trenger ind i solfangeren igennem indlgbsabningen 69, bleses derefter igennem tekstilstrukturerne 63 og 64, i hvilke den opvarmes, og forlader endelig solfangeren igennem udlgbsabningen 70 (luftstremmen antydet skematisk ved pilene 71).

I en sadan opstilling er det absolut nadvendigt, at materialet af tekstilstrukturerne har en haj termisk emissivitet for alle in23frargde belgelengder. Det er tilstrekkeligt, at bade de lodrette fibre (skudtradene) og fibrene i plan med de vavede strukturer (kedetrade og ikke-klippede skudtrade) har identiske absorptionsband og spektraloverferingsband inden for belgelengdeomradet for de termiske infrargde straler.

Under drift virker luftmellemrummet imellem metalfolien 68 og tekstilstrukturerne 63 og 64 kun som et sort hulrum ved varmevekslerens temperatur for de infrargde belgelangdeband, som kan absorperes af tekstilmaterialet i varmeveksleren. For alle andre termiske infrargde belgelengdeband nermer str&lingstemperaturen i det indre af solfangeren sig den (lavere) temperatur af dekpladen 66, safremt denne er opak i det termiske infrargde omrade.

Det er ogsaé muligt at fremstille solfangere med en strikvare. I dette tilfelde impregneres grundvevet (for afklipningen af de som fiber bestemte strikketrade) med et materiale, sasom et svertet varmeherdeligt formstof. Denne fremgangsmade muligger at feste fiberstrukturen direkte pA en grundplade, der rummer kanaler til et varmevekslerfluidum. Formstoffet tilvejebringer samtidig en bedre stabilitet og indbyrdes parallelitet af fibrene og virker desuden som absorberende lag.

Fig. 14 viser en fototermisk varmeveksler ifolge opfindelsen, tilvejebragt ved fremgangsmader svarende til de i bersteindustrien anvendte. Strukturen af bersterne er kendetegnet ved fastgorelsen af fiberknipper pA en fast understgtning enten mekanisk (indklemning af fibrene i et omrade med huller og spalter) eller ved hjelp af et klebemiddel. Borstestrukturerne er fordelagtige pa grund af den simple mekaniske fastgorelsesproces, kombineret med et praktisk taget ubegranset valg, hvad angar savel fibermaterialet som fibergeometrien (modsat teknikkerne ved vavning og flokkulering). Det bliver i s& fald muligt eksempelvis at anvende lengere fibre end fibre anvendelige ved flokkulering, hvilket medforer en yderligere forbedret termisk isolation af varmeveksleren.

Strukturen af den pa fig. 14 viste solfanger har en cyLinderformet geometri svarende til formen af de cylinder-parabolske koncentratorer eller af stationere koncentratorer udstyret med en (cylLinderformet) varmeveksler, der falger bevegelsen af solcentret. Et antal fiberknipper 74 er ved deres bund radialt indklemt imellem et antal 24 metalringe eller skruer 75, der i rekkefglge er indskruet pa et varmeveksierrer 76 og fastholdes indklemt imod hinanden eksempelvis ved en trykfjeder 77. De individuelle fibre af fiberknipperne 7h med en langde p& flere centimeter er fortrinsvis fremstillet af et ildfast materiale, sAsom kvarts eller glas. Overfladen af skiverne 75 (fortrinsvis V-formet) er svartet pA passende made (eksempelvis ved oxidering), s& den kan absorbere den storst mulige andel af den p& varmeveksleren fokuserede solstr&ling. I reret 76 cirkulerer der et passende varmevekslerfluidum 78 (eksempelvis trykvand, flydende polyphenyl eller en gasart sasom cO,).

Denne solfangerstruktur kan hensigtsmessigt anbringes i det indre af et ikke vist koaksialt beliggende glasrer, der sedvanligvis ikke behover at sta under vakuun.

En s&den bersteformet varmeveksler har den fordel, at fibrene kan vere forholdsvis lange og derved egnet til at yde en meget effektiv termisk isolation. Desuden best4r savel fibrene som den aksorberaiide overflade af oxider, der har en fremragende langtidsstabilitet 2 omgivelser med (oxiderende) varm luft. En saédan varmeveksler er alts& serlig egnet til at tale kraftig bestraling med deraf felgende meget hoje driftstemperaturer uden at forringes.

Den fototermiske varmeveksler ifglge opfindelsen frembyder flere fordele. Som folge af den manglende konvektion har den forst og fremmest en sterre virkningsgrad, isear for betydelige temperatur~ differenser imellem varmeveksleren og omgivelserne, hvilken virkningsgrad kan sammenlignes med virkningsgraden af de kendte fo-~ totermiske varmevekslere under vakuum. I sammenligning med de selektive spektralbands absorberende lag i kendte fototermiske varmevekslere har den desuden et meget gunstigt forhold mellem y~ delse og fremstillingspris og kan fremstilles i seriefabrikation pa gkonomisk made. Endelig har den en hojere absorptionskoeffici ent for solstralingen end den, der kan opnas med de kendte selektive spektralbands absorberende lag.

Page 25scan →

Patentkravs

1. Fototermisk varmeveksler, omfattende en grundplade (1) med et stralingsabsorberende lag (2) med et antal parallelt udragende fibre (4), som er gennemtrangelige for den indfaldende lysstraling og i det mindste uigennemtrangelig for den af det stralingsabsorberende lag genudsendte infrargde varmestraling, kendetegnet ved, at fibrene (4) er fastgjort til og strekker sig i det vesentlige retliniet ud fra overfladen af det stralingsabsorberende lag (2) i en lengde pa ca. 1-10 om og i det vesentlige #kvidistante til dannelse af et omrade (3) af parallelt forlobende, af kanalagtige mellemrum adskilte enkeltfibre.

2. Varmeveksler ifolge krav1l, kendetegnet ved, at fibrenes tversnitsprofil er i det vesentlige cirkulert med en diameter pa 25-500 um, og at middelafstanden imellem fibrene er 100-5000 ym til dannelse af en fibertethed pa den strélingsabsorberende lagoverflade af sterrelsesordenen 500 fipre/om.

3. Varmeveksler ifglge kravl, kendetegnevt ved, at fibrene bestar af glas eller af et formstof.

4, Varmeveksler ifolge krav1, kKendetegnet ved, at fibrene er implanteret i den absorberende overflade ad mekanisk vej eller ad elektrostatisk vej.

5. Varmeveksler ifglge krav1l, kendetegnet ved, at fibrene er tilvejebragt pa den stralingsabsorberende overflade ved udtrakning i bledgjort stand.

Drawings

Page 26drawing sheetscan →

Page 27drawing sheetscan →

Page 28drawing sheetscan →

Page 29drawing sheetscan →

Page 30drawing sheetscan →

Page 31drawing sheetscan →

Page 32drawing sheetscan →