DE3627578A1 - Multifunktionaler waermetransport-mechanismus (erweitertes waermeuebertrager-prinzip) - Google Patents

Description

1. Bewertungsmaßstab für den Stand der Technik

Der Neuheitsanspruch dieser Erfindung gegenüber dem "Stand der Technik" wird deutlich anhand des vielbenutzten Bewertungsmaßstabes der Technisierung, nämlich dem "Energiebedarf" (pro Kopf z. B), der oft synonym für "technischen Fortschritt" steht. Tatsächlich "bedarf" es großer Energiemengen, um z. B. Wasserstoff aus Wasser zu erzeugen, Wasserstoff ist "Energieträger". Ähnlich "energiegeladen" ist alles, was oxydierbar - brennbar - ist, Metalle, Kunststoffe u. a. Doch sowenig das Verbrennen der allgemeine Zweck technischer Produkte ist, so widersinnig ist die Bewertung technischer Leistungen nach ihrem Energieaufwand. Der Energieaufwand für die Erbringung einer Leistung kann nicht Maßstab sein für das verbleibende Energiepotential, das am Ende in einem Produkt steckt und das, weil es unvermeidliche Produkteigenschaft ist, allein den wirklichen "Bedarf" für dieses Produkt anzeigt. Für die meisten Produkte muß unvergleichlich viel mehr Energie aufgewendet werden als sie enthalten, und insofern sind Energiebedarfs-Angaben eher ein Maß für Energieverluste, d. h. ein Maß für technische Bedürfnisse, für Bedarf an weniger verlustreichen Techniken zur Erzielung des gleichen Ergebnisses, ökonomische Rücksichten einge­ schlossen. Das Verhältnis der Einsparung von aufgewendeter Energie (mit Kosten) zum bisherigen Aufwand gibt die "Höhe der Erfindung" auf diesem Gebiet an. Die höchstentwickelte Technik läßt sich kennzeichnen durch einen gegen Null strebenden Unterschied zwischen echtem Energie­ bedarf und Energieaufwand.

Die irreführende Bezeichnung "Bedarf" anstelle von Verlust verdeckt, daß für eine der größten Energieverschwendungen, für das Heizen, der Energie-Bedarf nahezu Null ist, d. h. daß zur Auf­ rechthaltung einer bestimmten Temperatur keine Energie erforderlich ist, wie jeder weiß, der das Prinzip der Thermosflasche kennt. Es wird also verdeckt, daß die bisherigen Techniken offen­ kundig Fehler enthalten, z. B. die Wärmerückgewinnung aus der Abluft bei Lüftung.

2. Aufgabe dieser Erfindung

Selbst wenn die heutigen Gegenstrom-Wärmetauscher billiger wären - bei hohem Wirkungsgrad - können sich die Investitionskosten kaum lohnen. Sie können sich aber lohnen, wenn sie gesenkt werden können und gleichzeitig zwei weitere, heute vordringliche Funktionen erfüllen, nämlich außer Wärmerückgewinnung bei Lüftung

• 1. abschirmen gegen Umweltlärm und so Millionen von Wohnungen an belebten Straßen aufwerten, und
• 2. die Frischluft filtern gegen Schadstoffe einschließlich radioaktiver Partikel, die heute überall, auch außerhalb belebter Straßen anfallen.

Erwünscht sind außerdem Klimatisierungseffekte durch Wahl der besttemperierten Frischluft- Ansaugstellen und Wirtschaftlichkeit bei Einzelraum-Entlüftung. Das ist Aufgabe dieser Erfindung, die aber über diesen Spezialfall hinaus mit dem gleichen Ver­ fahren die Verminderung der heute noch gewaltigen Verlustquote vieler technischer Prozesse erfaßt, insbesondere durch Anwendung auf Destillation, Wärmespeicherung, Sterilisation - also energieintensive Prozesse, deren echter Energiebedarf dennoch fast Null ist. Besonders günstige Möglichkeiten bietet das hier angegebene Verfahren zur Nutzung der Sonnenenergie; der Wirkungsgrad von Sonnenkollektoren sinkt nicht nur bei abnehmender Einstrahlung rasch auf Null, er kommt auch bei günstigen Einstrahlungsbedingungen selten über 50% hinaus. Denn die über die großen Flächen der Kollektoren abgestrahlten und abgeleiteten Verluste steigen überproportional mit der Temperatur. Wärmeleitungsverluste werden heute durch Einbettung in ein Hochvakuum unterbunden, Wärmestrahlungsverluste werden durch selektive Beschichtung der Absorberfläche vermindert - empfindliche und teure Techniken. Die selektive Beschichtung hat ihre physikalische Grenze, weil sie nicht nur Emission, sondern auch Absorption von Wärme­ strahlung herabsetzt, die ja in Sonnenstrahlung auch enthalten ist.

Lösung der Aufgabe

Nach dem hier angegebenen Verfahren wird auch für Sonnenkollektoren ein ganz anderer Weg möglich, nämlich die Einbettung der Absorberfläche unter eine kalte Oberfläche, die keine Wärme an die Umgebung abgeben kann. Dabei kann der Kollektor mit einem im Betrieb so gut wie verlustfreien Warmwasserspeicher, der selbst nach dem gleichen Verfahren arbeitet, zusam­ mengeschaltet werden oder er kann selbst als Speicher dimensioniert werden.

Die Erfindung betrifft einen vielseitig anwendbaren Wärmetransportmechanismus nach dem Oberbe­ griff des Anspruches 1, anwendbar in einem System, in dem Erwärmungsprozesse stattfinden und Wärme abgeführt wird, sei es als Nutzwärme, sei es auf unerwünschtem Wege, in dem also die folgen­ den drei Prozesse zusammenwirken:

Erstens hat ein solches System immer Zustrom eines kalten Mediums, das im System erwärmt wird und bei einigen Anwendungen als Nutzwärmeträger dient;
Zweitens tragen bei vielen Prozessen, z. B. Destillation, Lüftung, Sterilisation, Verbrennung u. a. diese Stoffe oder deren Produkte Wärme als Verlust aus dem System heraus;
Drittens fließt nach dem 2. Hauptsatz der Wärmelehre Wärme stets von einem höheren zu einem niedrigeren Temperaturniveau, entweder durch Wärmeleitung oder durch Strahlung. Das verur­ sacht ebenfalls oft erhebliche Verluste.

Durch eine geeignete Geometrie der Fluidströme kann man nun erreichen, daß an den Stellen, an denen nennenswerte Verluste durch Stofftransport oder Wärmeleitung auftreten können, eine in die heiße Zone führende Fluidströmung diesem Wärmetransport so entgegenwirkt, daß sich die resultierende Wärme-Transportrichtung umkehrt, wobei Wärmestrahlung durch Absorp­ tion am Entweichen gehindert wird.

Eine solche Geometrie muß eine Flächengeometrie sein, d. h. sie muß die heißen Zonen über­ decken oder ganz umhüllen. Sie muß außerdem die Fluidströmung so führen, daß deren resul­ tierende Bewegung in das Wärmezentrum führt und sie muß drittens den nach außen strömenden Stoffen oder sonstwie abströmender Wärme eine große Oberfläche möglichst vollständig zur Übernahme dieser Wärme anbieten, in der Regel im Gegenstrom, weil nur dann angenähert die gesamte Wärme übernommen werden kann.

Damit ist diese Geometrie bestimmt, nämlich schalenartig oder zwiebelartig geschichtete Flächen als Führung für ein seriell durchströmendes Fluid - seriell in der Aufeinanderfolge der Schichten bis zum Wärmezentrum. Das wird erreicht durch mäanderförmig gefaltete oder in Spiralen um­ laufende flächenhafte Kanäle. Für den Fall, daß einem aus der Wärmezone herausströmenden Fluid Wärme zu entziehen ist, müssen diese Kanäle doppelgängig sein und sich berühren, was mit Spiral- und Mäanderflächen realisierbar ist bis zum vollständigen, d. h. die gesamten Oberflächen einbeziehenden Wärmekontakt. Zur Aufnahme weiterer Fluidkomponenten, z. B. bei Anwendung für Destillation und Verdampfung, können die Kanäle überdies in parallele Längskanäle unterteilt werden oder aus parallelen Rohrgruppen bestehen. Gleichzeitig bietet diese Flächengeometrie weitere Möglichkeiten, die in Verbindung mit den Wärmeübertragungseigenschaften in dieser Erfindung enthalten sind,

• a) zunächst, daß bei doppelgängigen Kanälen zwei elektrisch voneinander isolierbare Begrenzungs­ flächen existieren, so daß die Ionisation des durchströmenden Fluids durch Anlegen einer elek­ trischen Spannung beeinflußt, durch Strommessung bestimmt werden kann;
• b) ferner, daß durch Wahl semipermeabler Kanalwandungen einzelne Komponenten von einem Fluidstrom in den andern übertragen werden können, und zwar durch Druck- und elektrische Spannungsdifferenzen zwischen den betroffenen Kanälen selektiv beeinflußbar.

Außer der bekannten Spiralanordnung, die durch Einrollen von ebenen Flächenbahnen entsteht (Fig. 1), also der "archimedischen Spirale", umfaßt diese Erfindung auch andere räumliche Spiral­ flächen, insbesondere Schraubenspiral-Flächen (Fig. 4 und 10), Torusspiral-Flächen nach Art einer "Schlange, die sich selbst verschlingt" (Fig. 7) und eines "aufgekrempelten Ärmels" (Fig. 6). Alle diese Flächen lassen gleichbleibende ebenso wie sich stetig verjüngende Querschnitte ohne plötzliche Änderung der Strömungslinien zu (Fig. 6 ist für konstanten Strömungsquerschnitt, Fig. 7 für verjüngenden gezeichnet). Weitere aus Anspruch 1 folgende Flächen gehen aus diesen Flächen durch Dehnung und Stauchung einzelner Oberflächenteile hervor ("Gummi-Geometrie"; die Flächen in Fig. 6 und Fig. 7 lassen Flächenvergrößerung durch Einfügen geradliniger Stücke zu). Da die Flächen mit geringem Mehraufwand sehr groß gemacht werden können und die Wärmewege (Wanddicke + Grenzschicht) extrem kurz sind, kann man auf Verwirbelung verzichten und die Vor­ teile der laminaren Strömung nutzen - geringer Strömungswiderstand, geräuscharmer Betrieb - auch, wenn man zu besserer Schallisolation lange Strömungswege in vielen Schichten wählt.

4. Anwendungsbereiche

• a) Diese Erfindung setzt die Entwicklung von Warmwasserspeichern fort, die angefangen hat mit temperaturgestufter Reihenschaltung von Speichern und Temperaturschichtung durch Schwer­ kraft-Auftrieb wie durch Verhinderung von Verwirbelung;
  b) sie fügt zu den oft kostspieligen bekannten Wärmetauschern wirtschaftliche Varianten hinzu und
  c) eröffnet für sie breite Anwendungsmöglichkeiten, gekennzeichnet durch den Oberbegriff in Anspruch 1, die sich
  d) von wärmerückführender Einzelraum-Entlüftung mit Schallisolation und Luftfilterung über
  e) fast verlustlose Sonnenenergienutzung bis zu
  f) Sterilisation,
  g) Destillation und Verdampfung erstrecken, erweiterbar noch durch fraktionierte Verdampfung und Destillation, indem einzelne Komponenten am Ort der Phasenumwandlung durch Schwer­ kraft, in Raumfahrzeugen auch durch Fliehkraft, abgetrennt und durch Öffnungen direkt nach außen oder zur Wärmerückgewinnung in Parallelkanäle abgeleitet werden.
  h) Dazu enthält die hier angegebene Geometrie zwei besondere Möglichkeiten, kombiniert mit den genannten Anwendungen: Ionisationsbeeinflussung und -messung sowie Abtrennung von Fluid­ komponenten durch Diffusion.
  i) In allen Anwendungen sind auch große Drücke einzelner Fluide zulässig durch Ausführung der betroffenen Fluidkanäle als Rohrregister, angeschmiegt an die erforderliche Spiral- oder Mäanderfläche.
  k) Die besonders hohe Leistungszahl der Wärmepumpe nach W. Häberle/Scheer a. D. wird für einen wesentlich breiteren Anwendungsbereich nutzbar durch Kombination dieser Wärmepumpe mit einem Wärmeübertrager nach Anspruch 1; die aus dem Verdichter abgegebene Warmluft wird dann nicht direkt in den zu beheizenden Raum abgegeben, sondern erwärmt dann entsprechend einem Vorschlag ihres Erfinders einen Frischluftstrom nahezu verlustfrei. (Siehe Patentanmeldung durch W. Häberle, Nr.).

Claims (19)

1. Multifunktionaler Wärmetransportmechanismus, geeignet für Wärmetransport auch in Richtung zu höherer Temperatur in Systemen, in denen Erwärmungsprozesse und Wärmetransporte stattfinden, definiert durch vier Kennzeichen:

• a) Funktional, gekennzeichnet dadurch, daß eine Wärme- oder Kältezone abgeschottet oder ganz eingehüllt wird durch geschichtete Flächen, die vom Temperaturgradienten durchquert werden und die als Führung für Fluide dienen, die diese Schichten aufeinanderfolgend im Sinne wach­ sender oder fallender Temperatur durchströmen;
• b) Geometrisch gekennzeichnet durch mäanderförmig gefaltete (Fig. 8 und 9a) oder in Spiralen umlaufende (Fig. 1, 4, 6 und 7) flächenhafte Kanäle, je nach Anwendung eingängig oder mehr­ gängig, auch unterteilbar in Längskanäle, die aus Rohren bestehen können, angeschmiegt an die genannte Flächenform (Fig. 10).
• Die hier angegebene Kennzeichnung erfaßt ein dieser Flächengeometrie innewohnendes Funktionsprinzip und erschließt damit Anwendungen für eine ganze Flächenfamilie, insbe­ sondere auch Schraubenspiral-Flächen (Fig. 4, 5 und 10), Torusspiral-Flächen (Fig. 6 und 7) sowie Übergangsflächen zwischen "archimedischer Spiralfläche" des Spiralwärmetauschers (Fig. 1) und Schraubenfläche (Fig. 4) und topologische Dehnungen und Verformungen aller genannten Flächen ("Gummigeometrie").
• c) Anwendungsorientiert, dadurch gekennzeichnet, daß
  für den Fall der Forderung von Wärmeübertragung aus einem Kanal in den andern die Schich­ ten Wärmekontakt bilden,
  für den Fall, daß die Fluide elektrisch beeinflußt werden sollen eine Isolierung zwischen benach­ barten Spiralflächen das Anlegen einer elektrischen Spannung zuläßt,
  für den Fall geforderter Stoff-Diffusion zwischen den Fluiden die Wandungen aus semiperme­ ablen Material bestehen und
  für den Fall der Anwendung als Strahlungsempfänger Wandungen und Fluide nach optimalen Eigenschaften auch in bezug auf Transparenz, Absorption und Brechung ausgewählt werden.
• d) In der Erfindungshöhe, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Wärmetauschern ähnlicher Geo­ metrie bisher möglichen Funktionen durch die Erweiterung nach Patentanspruch 1a bis 1c nicht bloß erhalten bleiben, sondern erweiterte und neue Anwendungen zulassen.
• Insbesondere beim Spiralwärmetauscher schließen die aus dem hier gekennzeichneten Funktions­ mechanismus folgenden neuen Anwendungen die Kombination mit den bisherigen beschränkten Anwendungen nicht aus.

2. Wärmetransportmechanismus nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch jeweils sinnvolle Mehrfach- Verknüpfung der Wärmeübertragungseigenschaft der in 1b genannten Flächen mit folgenden, bis­ her mit dieser Flächengeometrie nicht realisierten Funktionen:

• a) Wärmerückführung in den Wärmezustrom bei thermischen Kraftmaschinen, vor allem durch Vorwärmung der Verbrennungskomponenten etwa beim Stirling-Motor;
• b) Wärme- und "Kälte"-Rückübertragung bei Entlüftung von Warm- und Kalträumen nach dem Gegenstromprinzip;
• c) Bei Entlüftung außerdem Schallisolation und Einfügung von Filtern gegen Luftschadstoffe, radioaktive Partikel u. a. mit kombinierter Verbesserung des Raumklimas durch Auswahl der besttemperierten Ansaugstellen für Frischluft;
• d) Auslegung des geschichteten Volumens als Wärme- (bzw. "Kälte"-)Speicher, wobei nach außen abfließende Wärme vom gegenströmenden Fluid in den Warmbereich zurücktransportiert wird (bzw. entsprechend "Kälte" in den Kaltbereich) - d. h. Verlustrückführende Temperaturschich­ tung zwischen Speicher-Einspeise- und Speicher-Entnahme-Zone mittels seriell durchströmter Spiral- bzw. Mäander-Struktur des Speichervolumens;
• e) Geschichteter Sonnenkollektor mit Strahlungsabsorption in und zwischen transparenten Spiral- oder Mäanderflächen - bis zuletzt in einer geschwärzten Fläche, so daß Strahlungs- und Leitungs­ verluste eliminiert werden, indem das nachströmende Fluid diese potentiellen Verluste absorbiert und gegen das Temperaturgefälle in die Warmzone zurückbefördert;
• f) Ionisationsbeeinflussung und -messung durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen be­ nachbarten Flächen mit der Möglichkeit der Messung des von der Ionisation abhängigen Stromes.

3. Wärmetransportmechanismus nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch Anwendung zu:

• - Kondensation, insbesondere Lufttrocknung bei Einbau als Kühlkörper in Druckluftsyteme;
  - Destillation bzw. Verdampfung;
  - bei Raumentlüftung Entfrostung durch Frischluft-Vorwärmung, auch durch kurzzeitiges Ein­ leiten der warmen Abluft über Filter in die Frischluftzufuhr;
  • - wobei in allen Fällen einzelne Komponenten durch Schwerkraft sowie Fliehkraft am Ort ihrer Phasenumwandlung abtrennbar und unter Rückgewinnung aufgewendeter Wärme über Parallelkanäle oder Abgriffe (Z in Fig. 2 und 4) im Gegenstrom zu entnehmen sind.

4. Wärmetransportmechanismus nach Anspruch 1, ausgelegt als Sterilisationsapparat (Beispiele: Fig. 3 und 6) mit Wärmerückgewinnung, gekennzeichnet dadurch, daß das Fluid nach Durch­ fließen des einen Spiralkanales über eine Heizzone (H) geführt, dabei auf Sterilisationstempera­ tur erhitzt und anschließend im zweiten Kanal zurückgeführt wird und so seinen Wärmeinhalt fast vollständig an das nachströmende Fluid abgibt, wobei die Sterilisationsdauer bei konstanter Temperatur verlängert werden kann mittels zusätzlicher, entsprechend langer Kanäle innerhalb der Heizzone. Zur Erzielung besonders langer Sterilisationszeit kann die beheizte Zone auch in den Oberflächenbereich verlegt werden mit dem Vorteil der Zugänglichkeit für Wartung und Reinigung der Heizzone.

5. Wärmetransportmechanismus nach Anspruch 1, 2b und 2c, dadurch gekennzeichnet, daß zur Rückübertragung von Wärme oder "Kälte" eine in ein Entlüftungsrohr (Ra) eingefügte zweigän­ gige, um einen Kern gewendelte Schraubenspirale dient (Fig. 4, Fig. 5a + b, worin B-B′ = Abuft­ kanal, A-A′ = Frischluftkanal, Ra = Außenrohr, Ri = Innenrohr).

6. Wärmetransportmechanismus nach Anspruch 1, 2b und 2c, dadurch gekennzeichnet, daß als Übertragungsfläche eine mehrgängige Schraubenspirale geringer Ganghöhe und entsprechend großen Durchmessers in Scheibenform dient, deren Dicke (= Summe aller Ganghöhen) die Wand­ dicke des zu entlüftenden Raumes möglichst unterschreitet, so daß die Scheibe als Wandelement eingefügt werden kann, schallisolierend, kombiniert mit je einem Lüfter pro Kanal und Frisch­ luft-Filter, geeignet für Einzelraum-Entlüftung (Fig. 4, jedoch "zusammengedrückt" auf Schei­ bendicke).

7. Wärmetransportmechanismus nach Anspruch 1, 2a und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die An­ ordnung als Durchlauferhitzer im Gegenstrom angewendet wird (Beispiele: Fig. 4 und 10, Fluid­ kanal für Wärmezufuhr B-B′, für Wärmeentnahme A-A′).

8. Temperaturgeschichteter Sonnenenergiespeicher geringster Betriebsverluste (Beispiel: Fig. 2, 4 und 10): Wärmetransportmechanismus nach Anspruch 1 und 2d, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung als Warmwasserspeicher so von Sonnenkollektoren erwärmt wird, daß das Wärme­ übertragungsmedium aus den Kollektoren in die zur Speicheroberfläche führenden Spiral- bzw. Mäanderkanäle eingespeist wird, aber nicht immer in die heißeste Zone, sondern mit umsteuer­ barer Einspeisestelle ab dem Wicklungs-(Flächen-)zugriff (Z), von dem an die Wassertemperatur niedriger ist als die Temperatur des aus dem Kollektor strömenden Mediums zwecks optimaler Kollektornutzung. Das zu erwärmende Kaltwasser wird im Gegenstrom unter die kalte Außen­ ummantelung eingespeist (B in Fig. 4) und nach Passieren des Kanals (innen in Fig. 2, B′ in Fig. 4) entnommen.

9. Sonnenkollektor als Speicher (Beispiele: Fig. 8 und 9b): Wärmetransportmechanismus nach Anspruch 1, 2d und 2e, gekennzeichnet durch Erzeugung der Eigenschaften in Anspruch 2d und 2e in ein und demselben Volumen und dadurch, daß anstelle eines zweiten Kanals die äuße­ ren Spiral- bzw. Mäander-Flächen aus strahlungsdurchlässigem Material gefertigt sind, so daß die Strahlung teils direkt von dem (über die Außenflächen eingespeisten) flüssigen Speichermedi­ um absorbiert wird, teils von der letzten bestrahlten Fläche, die optisch schwarz auszulegen ist. Sonderfall: Aufbau nach einer größtenteils, archimedischen Spiralflächenanordnung mit einigen geschwärzten Flächenabschnitten, derart, daß die im Tagesverlauf aus verschiedenen Richtungen ankommende Sonnenstrahlung möglichst vom ganzen Speicherquerschnitt aufgefangen wird, so weit als möglich aber im Innenbereich (Fig. 9b). Damit kombinierbar: isolierende Luftschicht durch Glasabdeckung des Kollektors (eventuell evakuiert), speziell gegen Einfrieren Fluid-Vorhei­ zung und Umwälzung auch bei Nichtbenutzung falls die Anordnung nicht frostfest ist.

10. Sonnenkollektor als Speicher nach Anspruch 9, gekennzeichnet dadurch, daß die Anordnung im Besonderen

• a) als mehrgängige Schraubenspiralfläche geringer Ganghöhe und großen Durchmessers Scheiben­ form erhält mit lichtdurchlässigen Spiralwindungen auf der besonnten Seite;
• b) als mehrfach mäanderförmig gefaltete Fläche Plattenform erhält (Fig. 8) mit lichtdurchlässigen Mäanderflächen auf der besonnten Seite.

11. Verlustrückführender Sonnenkollektor geringer Trägheit. Sonnenkollektor nach Anspruch 1, 2e, 9 und 10, gekennzeichnet durch so geringe Ganghöhen und also geringes Volumen trotz großer Besonnungsfläche, daß die Kollektorfunktion gegenüber der Speicherfunktion überwiegt (Bei­ spiel Fig. 8, jedoch mit dünneren Schichten).

12. Sonnenkollektor nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine transparente und wärmeisolie­ rende Luft- oder Vakuum-Kammer vor der wärmsten Fluidschicht (Beispiel Fig. 9a, jedoch nicht maßstäblich), derart, daß die davorliegenden transparenten Fluidschichten nur einen Rest-Ver­ luststrom aufzunehmen und in die Heißzone zurückzuführen haben und deshalb alle Schichten so dünn sein dürfen, daß der Kollektor jeder Einstrahlungserhöhung nahezu trägheitslos folgt, womit zur fast verlustfreien Nutzung des Strahlungsflusses die optimale Nutzung der Sonnen­ scheindauer hinzukommt. Die Rückseite kann natürlich ebenfalls in die Verlustrückführung einbezogen sein (Fig. 9a).

13. Wärmetransportmechanismus nach Anspruch 2e, 9, 10, 11 und 12, gekennzeichnet durch An­ wendung in einem Energie-konzentrierenden optischen System.

14. Wärmetransportmechanismus nach Anspruch 2e, 9, 10, 11, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, daß Fluidzusammensetzung und Material der transparenten Flächen nach optimalen Absorp­ tionsspektrum und zur Verringerung der Rückspiegelungs-Verluste nach geringen Unterschieden im Brechungsindex ausgewählt werden, z. B. die Kombination Acrylglas und Wasserlösung.

15. Wärmetransportmechanismus nach Anspruch 1, 2 und folgende Ansprüche, gekennzeichnet durch die Möglichkeit des Öffnens für Reinigung mit herausnehmbaren Spiral- bzw. Mäander­ flächen, insbesondere bei Anwendung als Speicher und als Sonnenkollektor.

16. Optimale Sonnenkollektor-Speicher-Kombination, gekennzeichnet dadurch, daß der Sonnen­ kollektor nach Anspruch 11 oder 12 einen Speicher nach Anspruch 2d oder 8 versorgt, wodurch das aus diesem Speicher zum Kollektor zurückfließende Wärmeübertragungsmedium die Tempe­ ratur des kalten Wasserzulaufs auf die Oberfläche des Kollektors überträgt und diese zuweilen sogar unter Umgebungstemperatur hält; die ohnehin geringen Kollektorverluste sinken dann auf Null, zuweilen kann es umgekehrt zu Wärmeaufnahme aus der Umwelt kommen (Kondenswärme bei Taubildung z. B.).

17. Fertigungsverfahren zur Erzeugung von Flächenanordnungen nach Anspruch 1 bis 16.

• 17.1 Fertigungsverfahren für eine doppelgängige archimedische Spiralfläche (Fig. 1), gekennzeichnet durch gleichzeitiges Aufwickeln von zwei Flächenbahnen mit distanzhaltenden Zwischenlagen (D) zumindest an den Rändern, beginnend an einem S-förmigen Kern (S), und Abschluß der Stirnflächen mit Kappen (K) zur Adaptation an Anschlußleitungen und Ventilatoren (V).
• 17.2 Fertigungsverfahren für mäanderartig gefaltete Flächenhafte Kanäle (Fig. 8 und 9a), gekenn­ zeichnet durch abwechselnd versetztes Aufeinanderschichten von Platten derart, daß ein mäanderartiger Kanal durch Spalte an den Rändern entsteht, wobei der Abstand der Platten durch Rasten, Distanzhalter und Stege fixiert und abgedichtet wird.
• 17.3 Fertigungsverfahren für Schraubenspiralflächen, gekennzeichnet durch Herstellung
  • a) im Extruderverfahren (z. B. Fig. 5b),
  • b) mittels Schleuderguß (z. B. Fig. 5b),
  • c) mittels Walzen,
  • e) mittels Verbindung ringförmiger Scheiben an radial aufgeschnittenen Nahtlinien,
  • f) mittels parallel-liegender Rohre, vorgebogen mit einer Schablone,
  • g) mittels Rohrregistern, die einer Spiralfläche angeschmiegt sind,
  • h) mittels stirnseitigen Abschälens von einem durchbohrten Zylinder (Fig. 11),
  • i) Aufbringen der nach a) bis f) geformten Wendelfläche (Fig. 4 und 5, Ti und Ta) auf einen Hohlkern (Ri) mit Fixierung der Abstände durch Rasten oder Profilen (D), anschließend Umhüllung (Ra) und Verbindung mit Abschlußkappen (K) und Adaptern.
• 17.4 Fertigungsverfahren für Torusspiral-Flächen der Art "Schlange, die sich selbst verschlingt", gekennzeichnet durch Zusammensetzen aus vorgefertigten, sich verjüngenden U-förmigen Rinnen, die, ringförmig gebogen, in sich selbst "münden", mit Distanzhaltern, die zugleich der Längsunterteilung der Kanäle entlang von Spirallinien dienen können; Zweiteilung der Kanäle entsteht durch Einfügen einer durchlaufenden Trennfläche in die Symmetrieebene der ganzen Raumspirale, zugleich Fertigungserleichterung, weil die vorgefertigten Rinnen mit ihrer offenen Seite beidseitig auf diese Fläche montiert werden können, etwa durch Aufschmelzen oder Kleben. Wicklungsabgriffe können entlang solcher Unterteilungsflächen herausgeführt werden (Beispiel Fig. 7).
• 17.5 Fertigungsverfahren für Torusspiralen der Art "aufgekrempelter Ärmel", gekennzeichnet durch Zusammensetzen aus vorgefertigten ringförmigen U-Rinnen wachsender Größe, die mit je einem Rand miteinander verbunden (geklebt, geschweißt) werden. Distanzhalter sind möglich, nicht notwendig. Die Kanäle lassen sich längsunterteilen durch Flächenstücke radial zur Spiralfläche, d. h. in einer Ebene liegend mit der Symmetrieebene der ganzen Anord­ nung. Wicklungsabgriffe können angeschmiegt an solche Flächen herausgeführt werden, die Hauptanschlüsse lassen sich auf entgegengesetzten Seiten anfügen (Beispiel Sterilisator Fig. 6).

Anmerkung zu Fig. 1 bis 11:

In den Zeichnungen wurde der möglichst getreuen, eindeutigen und zugleich anschaulichen Präzisierung der Patentansprüche der Vorzug gegenüber Maßstabtreue, auch wenn dadurch Proportionen und Anzahl der Flächenschichten nicht den tatsächlichen Erfordernissen für die nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 möglichen Anwendungen entsprechen.